63.光学系统最早地球外定位一些使用光学系统。光学卫星跟踪是天文学的逻辑延伸。通过观测恒星确定地球表面位置的天文学方法，当然是最古老的方法，实际上其与通过卫星穿过夜空的照片推断卫星位置非常相似。实际上，天文坐标，即为升交点赤经（α）和赤纬（δ）,通过背景恒星可以计算这种卫星图像。由于弹道照相机的快门开关非常快，用其可以同时拍摄具有反射卫星和固定恒星的摄影图像。卫星在阳光或地基信标台（灯塔）的照射下，这项技术使得卫星和固定恒星以一系列的点的形式成像在照片底板上。对比分析照片提供了数据用以计算卫星轨道。因此，相距数千公里的照相机拍摄同一颗卫星的照片，可以通过三角测量确定照相机的位置。这种三角网的精度估计能够达到±5m。其他的光学系统要精确很多。一种被称为卫星激光测距（SLR）见图1所示，其类似于使用复杂的电子测距仪（EDM）测量其到卫星的距离。激光从地球射向装有回归反光镜的卫星，就得到它们之间的距离。因此，目前，两颗GPS卫星面板上携带的角锥反射器正是为了这个目的。GPS卫星空间载体（空间飞行器）编号为SVN35（PRN05）和SVN36（PRN06）)已装备了激光回复反射器阵列(LaserRetro-reflectorArraysL，LRA)，从而使地面站能将卫星钟差与卫星星历误差区分开来。年进行了第二次发射，至今仍在服役。图1卫星激光测距相同的技术被称为月球激光测距（LLR），被用来测量到月球的距离，使用载人任务期间设置的三角锥反射器阵列，有四组可用阵列。其中阿波罗任务期间安置三组，苏联的月球车（Lunokhod2）任务期间安置1组。从这4个站点采集数据时，可以实现厘米级精度定位。然而，这种观测具有局限性，其必须长期观测，最多一个月，当然，它们依赖于双向测量。虽然有些光学方法，如SLR可以达到极高的精度，但同时也会遇到糟糕的气象困难。某些方法要求距离较远的测站同时保持天空晴朗。即便如此，局部的大气湍流也会导致卫星图像闪烁。
