天文導航是一門既古老又年輕的技術，起源於航海，發展於航空，輝煌於航天。天文導航是以太陽、月球、行星和恆星等自然天體作為導航信標，以天體的地平座標（方位或高度）作為觀測量，進而確定測量點地理位置及方位基準的技術和方法。

由於天體的座標位置和它的運動規律都是已知的，因此，測量天體相對於飛行器參考基準面的高度角和方位角就可以計算出飛行器的位置和航向。天文導航系統是自主式系統，不需要地面裝置，不受人工或自然形成的電磁場的干擾，抗干擾性強；不向外輻射電磁波，隱蔽性好；定向、定位精度高；定位誤差不隨時間積累，因而天文導航得到廣泛應用。

按星體峰值和光譜範圍可分為星光導航和射電天文導航，前者解決高精度晝夜全球自動化導航定位，後者可克服不良天氣影響，透過探測射電訊號進行全天候天文導航定位。

根據跟蹤的星體數，天文導航分為單星、雙星和三星導航。單星導航由於航向基準誤差大而定位精度低。雙星導航定位精度高，在選擇星對時，兩顆星體的方位角差越接近９０°，定位精度越高。三星導航常利用第三顆星的測量來檢查前兩次測量的可靠性，在航天中，則用來確定航天器在三維空間中的位置。

現行的天文導航技術雖然可靠可行，但是其方法繁瑣，定位速度慢，難以快速掌握。天文導航受天氣條件限制，目前手持儀器天文定位法仍依賴水天線，因此晝夜滿天星辰卻無法定位，白天水天線不清也只能放棄。目前天文定位方法正加速改進，實現定位計算全部自動化。各國已研製出多種航海計算器或天文定位計算器，有些已達到計算全部自動化的要求。天文導航技術正處於螺旋式的發展過程中。

航空常用的天文導航儀器有星體跟蹤器、天文羅盤和六分儀等。自動星體跟蹤器（星敏感器）能從天空背景中搜索、識別和跟蹤星體，並測出跟蹤器瞄準線相對於參考座標系的角度。天文羅盤透過測量太陽或星體方向來指示飛行器的航向。六分儀透過對恆星或行星的測量而指示出飛行器的位置和距離。

天文導航系統通常由星體跟蹤器、慣性平臺、計算機、資訊處理電子裝置和標準時間發生器等組成。星體跟蹤器是天文導航系統的主要裝置，一般由光學望遠鏡系統、星體掃描裝置、星體輻射探測器、星體跟蹤器、訊號處理電路和驅動機構等組成。它透過掃描對星體進行搜尋，搜尋到星體之後立即轉入跟蹤狀態，同時測出星體的高度角和方位角。星體跟蹤器的輻射探測器在飛機上較多采用光電倍增管和光導攝像管，在航天器上較多采用光導攝像管和析像管。

電荷耦合器件是２０世紀７０年代發展起來的一種探測器，它體積小、靈敏度高、壽命長，不用高壓供電，能直接獲得精確的空間資訊，近年來在飛機、導彈、太空梭和衛星上得到廣泛應用，併為星體跟蹤器小型化創造了條件。