天空中的星星都有各自固定或变化的位置，为了使他们的位置能够以数据的形式被纪录下来，人们在天空上建立了假象的坐标系统，不同的坐标系统有各自善于的范围。比如地平坐标系以观测者所处位置所见的地平圈为基本圈，以方位角和高度角确定天球上的唯一点，这种坐标系可以使观测者很方便的定位星星，但是却不适合用来记录恒星的位置，因为每颗恒星的地平坐标都时刻随时间的变化而变化着。

首先要说明的是几个概念：天球。天球是人们假象的一个球体，以观测者（由于星体大多离我们很远，可认为观测者在地球中心）或太阳为球心（分别叫做地心天球和日心天球），无限远为半径，所有星体都投影在这个球面上，球心和天体的连线与球面的交点叫做天体的视位置，天体在天球面上的运动称为视运动，坐标系就是建立在这个天球上的。

天文学常用坐标系统主要是基于地心天球和日心天球的。

第一部分：坐标系

一、基于地心天球的坐标系统

1、地平坐标系

地平坐标系是以真地平为基本圈，天顶为基本点，北（N）为原点的坐标系。地平坐标系中用两个坐标量可定位天球上的唯一点，分别是方位角（A）和地平高度（h）。

(1)、方位角（A）：从原点（N）沿地平圈顺时针方向（N->E->S->W）到过所表示的点的弧在地平圈上的投影的弧长所对的圆心角，范围0~360。

(2)、地平高度（h）：从地平圈沿竖直方向到所表示的点的弧所对的圆心角，天顶为正90度，地平圈为0度，范围-90~+90。

2、赤道坐标系

两种赤道坐标系都是以天赤道为基本圈，北天极（地球自转轴与天球的北交点）为基本点的坐标系。

a、第一赤道坐标系（时角坐标系）

第一赤道坐标系的原点为天赤道与天子午圈在南点附近的交点，用两个坐标量可定位天球上的唯一点，分别是时角（t）和赤纬（δ）。

(1)、时角（t）：从原点（天赤道与天子午圈在南点附近的交点）沿天赤道顺时针方向到所表示的点的弧在天赤道上的投影的弧长所对的圆心角，范围0~360。

(2)、赤纬（δ）：从赤道沿天极（地球自转轴与天球的交点）方向到所表示的点的弧所对的圆心角，北天极为正，南天极为负，范围-90~+90。

b、第二赤道坐标系（赤道坐标系）

第二赤道坐标系的原点为春分点，用两个坐标量可定位天球上的唯一点，分别是赤经（α）和赤纬（δ）。

(1)、赤经（α）：从原点（春分点）沿天赤道逆时针方向到所表示的点的弧在天赤道上的投影的弧长所对的圆心角，范围0~360。

(2)、赤纬（δ）：从赤道沿天极（地球自转轴与天球的交点）方向到所表示的点的弧所对的圆心角，北天极为正，南天极为负，范围-90~+90。

3、地心黄道坐标系（通常就叫做黄道坐标系）

地心黄道坐标系就是通常说的黄道坐标系，它以黄道（太阳在地心天球赤道坐标系上的视运动轨迹，宏观的看就是地球轨道面在天球上的投影）为基本圈，北黄极为基本点，春分点为原点的坐标系。地心黄道坐标系中用两个坐标量可定位天球上的唯一点，分别是黄经（λ）和黄纬（β）。

(1)、黄经（λ）：从原点（春分点）沿黄道逆时针方向到过所表示的点的弧在黄道上的投影的弧长所对的圆心角，范围0~360。

(2)、黄纬（β）：从黄道沿黄极方向到所表示的点的弧所对的圆心角，北为正，南为负，范围-90~+90。

二、基于日心天球的坐标系统

1、日心黄道坐标系

与地心黄道坐标系相比没有太大的差别，只是天球中心从地心变到了日心，主要是方便了太阳系内天体的位置计算及表示（不需要考虑地球的相对运动）

第二部分：坐标转换

1、赤道坐标系->地平线坐标系

令δ为赤纬，H 为时角.
令φ为观察者所在的地理纬度.
令Alt为高度角，Az为方位角.
那么转换等式为：