观测恒星测定地面点的天文经度、天文纬度和该占至另一测站点方位角的工作。用于天文测量的主要仪器设备有：天文观测仪器、守时仪器、记时仪器和无线电收讯机。天文经度、纬度用于推算天文大地垂线偏差， 以供将地面上的观测值归算到椭球面上；由几何法测定椭球参数和确定椭球在地球体中的定位；由天文水准或天文重力水准方法推算大地水准面差距。天文经度和方位角，可以推算国家大地网中一等三角锁段各起始边(间隔约200千米)的大地方位角，用来控制大地网中由于水平角观测误差所引起的误差积累。
天文测量
湖南天文测量始于清康熙五十四年(1715)。至光绪三十二年(1906) 的近200年中，朝廷聘请外国人来省境内测量天文经纬度点52点（次）。民国4年 (1915)至民国33年 (1944)，美国华盛顿卡内基学校地磁测量队、中国中央地质调查所，参谋本部陆地测量总局、中美合作航空测量队等在省内测量天文经纬度点78点 （次）。中华人民共和国成立后，中国人民解放军总参谋部测绘局重新在湖南布设大地控制网，1954～1959年，先后与长江水利委员会洞庭湖工程处、电力部武汉水力发电勘测设计院、长江流域规划办公室等单位共同在省内测量一等天文点9个、二等天文点23个。