Учените и навигаторите разбираха, че ако позициите на небесните тела могат да бъдат точно измерени в морето, моряците биха могли да определят географската им ширина с достатъчна сигурност. Постигането на това изисква прецизни инструменти.
Птолемей описва астролабия (известен също като инструмент за-измерване на звезди); по-големите версии са използвани в обсерваториите, докато по-малките са използвани на корабите. Работата с астролабия изискваше екип от трима: един човек държеше инструмента за пръстена на палеца, друг наблюдаваше, а трети четеше резултата от циферблата. Естествено, когато корабът се разлюля силно, получените измервания не бяха много точни. Когато беше възможно, моряците слизаха на брега, за да вземат показанията си.
Древните астрономи са използвали кръст{0}}тоягата, за да измерват надморската височина на звездите, техника, възприета по-късно от моряците за навигация. Инструментът се състоеше от основна щанга и напречна част, като долният край на напречната -държаща се хоризонтално. Докато наблюдава небесно тяло по протежение на основната тояга, потребителят плъзга-напречната част, докато изглежда, че докосва обекта (като слънце или звезда) в зрителното му поле, след което прочита измерването на градуса от тоягата. Този инструмент може да се управлява от един човек.
Както астролабията, така и кръстът-се изискваха наблюдателят да гледа директно към слънцето. В ясни дни интензивната светлина правеше наблюдението невъзможно. За да реши този проблем, английският капитан и навигатор Джон Дейвис изобретил задната тояга. Състои се от основна щанга и плъзгаща се напречна-лопатка. Наблюдателят застана с гръб към слънцето и плъзна напречната-перница, докато хвърли сянка върху малка перка отпред; този метод позволи на наблюдателя да види хоризонта.
Със съдействието на Едуард Райт, математик от Кеймбридж, Джон Дейвис също изобретява квадранта. Този инструмент разполагаше с окуляр на напречната-лопатка, което позволяваше на наблюдателя да вижда както хоризонта, така и отразеното изображение на слънцето.
Пиер Бугер, хидрограф от Croisic, допълнително подобри квадранта; модифицираната версия дава възможност на наблюдателя да види слънцето, което почива на хоризонта през окуляра.
Джон Хадли от Англия изобретява октанта, който е тестван за първи път през 1732 г. Състои се от отразяващ телескоп и нивелир. Този инструмент е много по-прецизен от всеки друг инструмент, използван преди това в морето.