有迹象表明，宋人在航海活动中已掌握并运用了天文定位导航技术。北宋人朱或在《萍州可谈》中说：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”这里“舟师识地理”就是说“航海者判别航行到了什么地方”。如果真是这样，则宋代航海者已开始将天文定向演进到天文定位技术阶段就不言而喻了。类似的推测在李约瑟关于中国古代天文航海术的研究中也不乏其例。如，他在评论阿拉伯海员擅长天文航海的同时就指出：“真实的情况是，唯一的观星鼻祖——更北方的中国人，就已经这样做了，不过他们的记述被包含在表意的语言之中，直到近代才被西方人所了解和重视。”“舟师识地理”正是这样的一种“表意的语言”，其深层的涵义应该引起学术界的了解和重视。
另从宋人记载的远洋航路，也可以为当时天文定位导航技术存在的客观可能性提供有力的反证。据周去非在《岭外代答》“大食国条”所述，有“麻里拔国”（今阿拉伯半岛南岸中部的卡马尔湾附近海岸），自兰里（今苏门答腊岛西北端亚齐）发船，“六十日顺风，方到此国”。这里的兰里-麻里拔航线，直航跨距长达2500海里，从航海学角度分析与计算，它只可能是一条横渡北印度洋的直达航线。如果宋代的航海者不掌握天文定位导航术的话，那么，这条横渡远洋航线的开辟是难以实现的；而既然这条远洋横渡航线业已作为史实而载入文献，则承认宋代天文定位导航技术的存在应是一种合理的推论。
再从航海测天仪器来说，宋代也似有这方面的信息。在南宋初的建炎三年（1129年），监察御史林之平在负责从钱塘江到长江一带海防事务时，曾提到广船与福船之类的海船上有一种叫“望斗”的设施。据李约瑟研究认为，它很可能就是可以测定大熊星座的位置与高度的“北斗七星观测仪”，其式样可能类似于阿拉伯人所惯用的“kamal”式十字测天仪。但值得推敲的是“望斗”是与“箭隔、铁撞、硬弹、石炮、火炮、火箭及兵器等”被共同提到的，并且是“舡合用”的。因之，“望斗”亦很有可能是与海防战事有直接关系的军事防护或观察设施。此外，“望斗”的构造也不会像一把直尺或十字形尺那样简单轻巧，否则就没必要“舡合用”了。由此看来，“望斗”与观测天体高度仪器之间的关系究竟如何，还值得进一步探讨。
基于上述理由，可以认为天文定位导航技术当始于宋代，并以此为重要标志，中国古代天文航海术完成了从定牲阶段向定量阶段的转化，即从辨别船向向确定船位的阶段转化。
浮标与岸标
在船舶通行的地区，修建或设置某种标志，以引导和辅助船舶安全航行这就是航标。以设置的地点来分，有岸标和浮标两大类。岸标设立在岸上靠近水道的高处，或用来标示港口所在地，或引导船只进入港口、船闸和通过狭窄水域，所以又叫导标。浮标则设在水面上，以此来标明正确航道，或者指示浅滩、暗礁所在位置。若以使用方法来分，则可分为灯标和视觉标。灯标上安装可发光的设施，白天黑夜均可导航。视觉标上无发光装置，靠船工们肉眼观望，故黑夜间不发生作用。
宋代以前就有航标的设置了，如唐玄宗开元八年（720年），就曾在泉州南面安海港至围头的沿海一线，分别建造了卧牛、倒狮、龙吟、虎啸、凤鸣、马嘶、象立等七座石塔，作为船只入港的标志。
宋元时期，先出现的航标都是利用高大建筑物作导航之用。现存者有以下几处：
杭州六和塔。在城南钱塘江畔的月轮山上。北宋开宝二年（970年），吴越王钱俶为镇压江潮修建此塔。塔身9层，高50余丈。塔上装灯，夜晚则点之，来往于钱塘江及京杭运河的船只赖以导行。北宋末年，六和塔被火烧毁。南宋高宗绍兴二十一年（1153年），在旧址重建六和塔，改9层为7层，改木结构为砖结构；并依旧在塔上点灯导航。以后各代虽多次修缮六和塔，但主体结构仍为宋代原物。
杭州闸口白塔。在杭州城南钱塘江边白塔山上。山下有一个小镇叫闸口，地处杭州龙山河（现称中河）与钱塘江的交汇处。龙山河贯通杭州南北，与城内诸河沟通，上接隋唐大运河，下接钱塘江。运河来船经龙山河可达钱塘江，钱塘江之船亦可经由龙山河进入大运河。北宋曾在龙山河与钱塘江交汇处建船闸，后来船闸虽毁，但名称传了下来，以致现在的地名叫闸口。白塔山紧临闸口镇，山上建塔，塔身全部以白石砌成，高约10米，非常醒目。它是龙山河与钱塘江交汇处的标志，以此来引导船只转航。
福州马尾罗星塔。在福州东南闽江与乌龙江汇合处的罗星山上，山下即著名的马尾港。塔高31.5米，7层，用石砌成。宋人柳七娘出资修建。柳七娘是广东人，其夫柳明被人陷害，充军到福州海上做苦工。某日天晚，柳明乘船夜行，不辨航路，在马尾触礁，不幸落水溺死。七娘变卖家产，在罗星山上造塔，为亡夫求来生之福。此塔千里成为马尾港的标志，也成为引导船只归港的航标。现在有的人甚至把马尾港称为罗星港。
泉州晋江关锁塔。在福建泉州地区石狮市东南濒临大海的宝盖山上。石塔，建于南宋绍兴年间（1131～1161年）。《闽史》一书记载：传说在宝盖山下住着兄嫂、小姑三口之家。亦农亦渔，勉强度日。某年，闽南大旱，农业歉收，鱼也打不上来。万般无奈，哥哥随海商出外谋生，约定三年后归来。三年过去了，哥哥杳无音信。小姑与嫂子日日站在宝盖山顶向大海远望。为了看得更远些，就在山顶上垒石增高，站在石上眺望。一天天过去了，石头越垒越高，而哥哥仍无踪迹。姑嫂二人久盼亲人不至，忧心如焚，心力交瘁，竟双双忧愁而死。同乡人满怀同情，就在宝盖山顶以她们所堆的石头为基础修建宝塔，并称之为姑嫂塔。关锁塔（姑嫂塔）高21.65米，雄踞山顶，俯视大海，从很远处就可看见。它“出于云表，商船以为抵岸之标”（《读史方舆纪要》）。
福建泉州晋江六胜塔。在晋江县石湖乡临海的金钗山上，又称石湖塔。北宋末年曾在此建塔，后来倒塌。元顺帝至元二年（1336年）至五年（1339年），当地大商人凌恢甫为便于自己的海船认准方向、出入港湾，又在原址重建石塔。塔高31米。此塔控金钗山，扼泉州湾。当地曾是泉州港所属小港之一，中外商船多有停泊。石塔建成后就成为港口的标志。
温州净光塔。元代所建，因高大壮观而被称为“雄镇一方”。夜间在塔上点火，“塔灯荧煌”，是船只入港的航标。
测日观月的民间航海术
在运用罗经，并结合了地理、水文、气象、天象等手段的导航术中，历史最悠久，道理最基本、方法最简便的就是天文导航。我们说天文导航历史最悠久，因为天文学是一门最古老的科学。地球自转反映出的日月星辰的周日运动，地球公转造成的星空背景逐日逐月变化，地球绕日和月亮绕地的运行显现出的太阳和月亮逐日在星空的向东移动，这些天象早为劳动人民熟知而广为用以确定方向、时间、季节。我们又说天文导航的道理最基本，就是由于上述诸天象，再加上太阳出没方位的周年变化以及地理纬度不同反映出的星辰地平高度变化和恒显不落星辰，恒隐不升星斗差异等等构成一切导航术的基础。除此之外，它的方法最简便，只要有晴日晴夜，甚至不用什么器械和设备也能行之有效。
民间的昔日舟师和今日船工是怎样“夜则观星，昼则观日”呢？
1.传统的测日。航海天文出海的渔人舟子都熟知太阳在一年中逐月的出没方位。观察太阳的出没，就近似的测定了航向。广东省海南岛琼海县渔民郁玉青、航手何良义都能随口背诵：“太阳夏天出在甲，没在辛。冬天出在乙，没在庚。春秋出在卯，没在酉”。福建省惠安县海员詹伙木、厦门市导航詹细富均珍藏有祖传的针路簿，其中刊载的《定太阳出入》是：“正月九月出乙入庚。二月八月出鬼入圭邻。三月七月出甲入辛。四月出辰入申。五月出巽去子。六月出艮扫乾。十月十一月十二月出寅入戌。壬寅日不宜行船”。它和《顺风相送》与《指南正法》所辑的《定太阳出没歌》颇为相似，都是便于记忆的口诀。
集美航海学校在20世纪50年代搜集的《宁波温州平阳石塘流水表》，也是民间流传的一种针路簿，其中的《定日月入宫位长短法》与《顺风相送》的《定日月出位宫昼夜长短局》和《指南正法》的《定逐月日出入宫位》几乎完全相同。
2.民间的观月。航海天文昔日渔民都掌握望月（农历十五）前后的月亮出没方位，并编成歌诀，便于记忆。上面提到的《宁波温州平阳石塘流水表》载的《定日月入宫位长短法》就是。此种民间流传的针路簿很多，沿海诸省均有。
月亮并非每夜均能得见，而可见期也不是都能观察到出和没，所以观月以定方位是有一定的局限性。不过，月相的逐日变化却是海上借以定日期的良好标记。例如，舟山民间的谚语说：“初三初四峨眉月，初七初八半夜月，十五十六两头红，十七八爬沙上，十八九坐等守，二十当当月出一更，二十七十二鸡啼涨，二十九三十等月亮。”
3.行星的应用。行星的视运动有其独特的规律，一般而言，不易掌握，难以利用以测定方法。查《顺风相送》和《指南正法》以及我们所见到的民间收藏的针路簿，都不载行星的观察。然而，社会调查表明渔民是熟习金星，并用以海上定向的。金星是全天除日月外，最亮的一个天体，极易辨认。金星和太阳的角距离不超过48°，所以在日落后或日出前三小时以内，观察金星随日而落或偕日而升，能粗略地测定太阳的方位。尤其是春分和秋分前后，当黄道相交于正东和正西时，观察金星的出没，也能定航向。海南岛渔民称金星为光星。舟山舟子则分别将启明和长庚叫五更晓和黄昏晓。
4.恒星的观察。恒星的周日运动和周年运动，使得星空成为海上的天然罗盘、时钟和日历。自古以来，舟师就知道，随着航船往南，北极星的高度越降越低，南天恒星越升越高，北天恒显圈越来越小，南天常现星斗则越来越多。所以，利用北极星的高度或南天某个易于辨认的亮星对，例如南门双星，或亮星群，例如南十字的高度，决定船只的地理纬度。成为千百年来沿用至今的简便而可靠的常识。舟山舟师说得好：“知南斗北斗，天下可走。”
为了精确估量星辰的海平高度，民间至今还保留着几种类似牵星术的传统方法。例如，海南岛文昌县南岛大队的海员，以“掌”表示星辰的高度。观星时，伸直右臂，手指指向左侧，姆指向下与海面相接，小指朝向上，当恰见被测恒星时，称为一“掌”，约合20厘米。该县的保线大队的船工，则用尺来计量，测时以手竖直持尺，尺的下端与海面相切，同时估计被测恒星的寸数。看来，这些民间沿用的量星法与昔日广为流传的牵星术，有密切的渊源。
对于在近海渔场作业的渔民，因为有地理和水文等的可靠导航保证，天文观察只是作为一个配合手段。例如，青岛渔民出海，北极星是他们用以定航向的唯一导航星辰。然而，远洋航行的船舶，则需要依赖更多的星斗。千百年来，他们所选用的星辰虽然在沿海诸省不完全相同，但大体上都是认定了那些特征性强，易于辨认的亮星、亮星对或亮星群。熟悉它们在不同季节的出没情况，掌握它们在黎明前或黄昏后的天空位置。这样，不仅能在茫茫大海中确定地理纬度、月份日期，还能望星斗而估量时间。为了把星斗的出没和高度弄得准确些，昔日舟师往往把导航星群选定为占天空面积不大，又排列得比较紧凑的那些，例如，昴星团七星（金牛座）、毕星团七星（金牛座）、贯索九星（北冕座）、参宿三星（猎户座）、心宿三星（天蝎座）、南门双星（半人马座）、南十字四星。福建渔民黎明前观察昴星团的天空位置以确定时间季节、民谚曰：“六平，七斜，八倚，九倾，十落”。这是说，农历四月廿五日日出前，昴星团首次出现在东方天际，六月黎明前，升于东天海面，七月升到最大地平高度的一半，八月南中，达最大高度，九月落到西南方，降至最大高度之半，十月下落到西天海面，到十月廿五日不复现。对与昴星团的赤经相差约四十分钟的毕星团也有类似的谚语：“六平，七斜，八侧，九拖，十落”。海南岛渔民在我国辽阔的南海水域乘风破浪之际，传统地通过观察南十字四星和南门双星的出没方位和海面高度来判定船舶的地理纬度。
牵星术与航海
我国是天文学发达最早的国家之一。早在六七千年前的新石器时代，就已经有了东、西、南、北四个方位的观念，并且逐步形成了确定方位的方法。以后，人们又发现北极星恒定在北方的方位，而北斗星一直在北极星的附近，指示着北极星的方位，夜间可以用它来判知东、西、南、北。早期的航海者就是利用这些知识来指引航向的，这也可以说是航海天文学的开端。
在古代，天文导航又叫过洋牵星，它包括观测方向和方位两个部分。我国最迟在公元前2世纪的西汉初期就已经利用天文知识来导航了。当时的著作《淮南子》一书里说：“如果乘船的人分辨不清方向，只要观测北斗星和北极星就可以明白了。”东晋访问印度和斯里兰卡的高僧法显在5世纪初乘船回国，他在《历游天竺记传》中记述这段历程的时候也说：“大海之中弥漫没有边际，无法分辨东西，只有依靠日、月和星辰来指示航向。如果在阴雨天气，看不到日、月和星辰，就可能被风吹离航线，迷失方向……只有等到天晴以后才能重新辨认方向，有希望恢复正确的航向前进。”这表明天文导航是当时的唯一方法。天文导航的方法在指南针用在航海上以后，仍旧没有被遗弃，而是继续得到充实和发展，跟指南针配合使用，相得益彰，把导航技术推向一个新的阶段。
我国有重视观测星辰的优良传统。历史上对星辰的观测，不但在陆上进行，而且很早就在海上进行。在《汉书·艺文志》中，已经列有《海中星占验》、《海中五星经杂事》、《海中五星顺逆》、《海中二十八宿国分》、《海中二十八宿臣分》、《海中日月彗虹杂占》等书目，表明当时在海中观测星象的工作已经受到相当重视。北齐的民间天文学家张子信，在一个海岛上对日月五星进行了30多年的观测。这一在海中观测星辰的传统，为我国古代航海天文学的发展奠定了坚实的基础。同时，我国历史上的测量数学非常发达，西晋的著名数学家刘徽就著有一部《海岛算经》（又称《重差》）的数学著作，内容是测量目的物的高和远的计算方法，其中包括测量太阳的高和远的方法。唐朝的著名天文学家一行组织人力对地球子午线进行了世界上第一次的测量和计算。元朝的著名天文学家和数学家郭守敬又进行了大规模的大地测量。