Οι μελετητές και οι πλοηγοί κατανοούσαν ότι εάν οι θέσεις των ουράνιων σωμάτων μπορούσαν να μετρηθούν με ακρίβεια στη θάλασσα, οι ναυτικοί μπορούσαν να προσδιορίσουν το γεωγραφικό τους πλάτος με εύλογη βεβαιότητα. Για να επιτευχθεί αυτό απαιτούνται όργανα ακριβείας.
Ο Πτολεμαίος περιέγραψε τον αστρολάβο (γνωστό και ως όργανο μέτρησης αστεριών). μεγαλύτερες εκδόσεις χρησιμοποιήθηκαν σε παρατηρητήρια, ενώ μικρότερες χρησιμοποιήθηκαν σε πλοία. Ο χειρισμός ενός αστρολάβου απαιτούσε μια ομάδα τριών ατόμων: ένα άτομο κρατούσε το όργανο από το δαχτυλίδι του αντίχειρά του, ένα άλλο έκανε τη θέαση και ένα τρίτο διάβασε το αποτέλεσμα από το καντράν. Όπως ήταν φυσικό, όταν το πλοίο ταρακουνήθηκε βίαια, οι μετρήσεις που προέκυψαν δεν ήταν πολύ ακριβείς. Όποτε ήταν δυνατόν, οι ναυτικοί πήγαιναν στη στεριά για να πάρουν τις αναγνώσεις τους.
Οι αρχαίοι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν το σταυρό-για να μετρήσουν το υψόμετρο των αστεριών, μια τεχνική που υιοθετήθηκε αργότερα από τους ναυτικούς για ναυσιπλοΐα. Το όργανο αποτελούνταν από ένα βασικό στέλεχος και ένα σταυρό-με το κάτω άκρο του σταυρού-που κρατούσε οριζόντια. Ενώ έβλεπε ένα ουράνιο σώμα κατά μήκος της κύριας ράβδου, ο χρήστης γλιστρούσε το σταυρό-μέχρι να φαινόταν να αγγίζει το αντικείμενο (όπως ο ήλιος ή ένα αστέρι) μέσα στο οπτικό του πεδίο και μετά διάβαζε τη μέτρηση μοιρών από το προσωπικό. Αυτό το όργανο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από ένα μόνο άτομο.
Τόσο ο αστρολάβος όσο και ο σταυρός- απαιτούσαν από τον παρατηρητή να κοιτάξει απευθείας τον ήλιο. Τις καθαρές μέρες, το έντονο φως έκανε την παρατήρηση αδύνατη. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, ο Άγγλος καπετάνιος και πλοηγός John Davis εφηύρε το backstaff. Αποτελούνταν από ένα κύριο προσωπικό και ένα συρόμενο σταυρό-πτερύγιο. Ο παρατηρητής στάθηκε με την πλάτη στον ήλιο και γλίστρησε το σταυρό-πτερύγιο μέχρι να ρίξει μια σκιά σε ένα μικρό πτερύγιο μπροστά. αυτή η μέθοδος επέτρεπε στον παρατηρητή να δει τον ορίζοντα.
Με τη βοήθεια του Edward Wright, ενός μαθηματικού από το Cambridge, ο John Davis εφηύρε επίσης το τεταρτημόριο. Αυτό το όργανο διέθετε προσοφθάλμιο προσοφθάλμιο στο σταυρό-πτερύγιο του, επιτρέποντας στον παρατηρητή να δει τόσο τον ορίζοντα όσο και την ανακλώμενη εικόνα του ήλιου.
Ο Pierre Bouguer, υδρογράφος από το Croisic, βελτίωσε περαιτέρω το τεταρτημόριο. η τροποποιημένη έκδοση επέτρεψε στον παρατηρητή να δει τον ήλιο να ακουμπά στον ορίζοντα μέσω του προσοφθάλμιου φακού.
Ο John Hadley της Αγγλίας εφηύρε την οκτάντη, η οποία δοκιμάστηκε για πρώτη φορά το 1732. Αποτελείται από ένα ανακλαστικό τηλεσκόπιο και ένα αλφάδι. Αυτό το όργανο είναι πολύ πιο ακριβές από οποιοδήποτε άλλο όργανο που χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως στη θάλασσα.