关于牵星术的明确记载，始见于《周髀算经》，《周髀算经》一书是中国现存最早的数理天文学著作，其中包含有一些古老的天文资料，该书有可能定型于战国时代，也有人认为其成书于西汉。书中卷下有二处涉及牵星术的地方，分别为测定北极极枢和二十八宿距度的方法。
关于极枢的测量，其术为：
“欲知北极枢，旋周四极。常以夏至夜半时北极南游所极；冬至夜半时北游所极，冬至日加酉之时西游所极，日加卯之时东游所极，此北枢璇玑四游。正北极枢璇玑之中，正北天之中。正极之所游，冬至日加酉之时，立八尺表，以绳系表颠，希望北极中大星，引绳致地而识之。又到旦明，日加卯之时，复引绳希望之首，及绳致地而识，其两端相去二尺三寸，故东西极二万三千里。其两端相去，正东西。中折之以指表，正南北。”
我们知道，天穹北极一般很难有一颗亮星作为准确的北极标志，我们所谓的北极星，都没有真正处于北极，只是距离北极最近的亮星。
古人要找到北极，必须通过测量其它星来推定北极的位置。这里是选择北极附近的大星，作为观测对象。这颗大星环绕极枢作周日视运动，其处于极枢东西南北四个位置时，称之为璇玑四游，测定璇玑四游，极枢即处于“璇玑之中”。即得于四游的交叉点上。
测量时在地中立一表，表高八尺，在表的顶部拴一条绳子，牵直并移动绳子，让眼睛顺绳子望去，使表顶与被瞄准的北极旁的大星处于一条线上。这时在地上标出绳子与地面的交点。这种瞄准测量技术，古代著作中称之为“参”或“参照”。
经过不同时间先后测量，可在地面获得大星在极南、极北、极东、极西四个测量点位，其中最有意义者是东西两点，两点间联线取中，即为极枢在地面的测量点位。从这一点出发，通过表顶，所望到的天区即为极枢所在处。
如果测量者取极枢至极枢在地面的测量点之间的联线在地表上的投影线，就是立表处的南北子午线。当然，该处子午线也可直接从垂直立表之根部至极枢在地面的测量点位获得。
有了这样的表与子午线，观测者还可以利用牵星术进行中星观测。经度，子午线就是经度，对于中国来说，推定北极、及测量子午线并不成问题，而是早就知道的事情！
中国古人习惯于中星观测，这个天文传统决定了与其相关的用事制度的形成。
事实上，子午线不仅在公元前5000年就已为先民所认识，中国古代应用圭表就可以测量北极方向，也能测量子午线，《周髀算经》中有记载如何使用圭表测量子午线的方法。
隋代刘焯力主实测地球子午线。源起是中国史*载说，南北相距1千里的两个点，在夏至的正午分别立一八尺长的测杆，它的影子相差一寸，即“千里影差一寸”说。刘焯第一个对此谬论提出异议。
后于724年，唐张遂等才实现了刘焯的遗愿，并证实了刘焯立论的正确性。（他在《皇极历》中，他首次考虑视运动的不均匀性，并主张改革推算二十四节气的方法，废除传统的平气，使用他创立的定气法。）
至唐代的僧一行完成了人类历史上第一次对子午线长度的测量，证实了《周髀算经》的“千里差一寸”的说法是不正确的！
直至利用北极星、子午线的牵星术进行航海定位，宋元明时代都有应用及发展！
牵星术就是利用北极星高度角来获得当地纬度的，这是中国早就知道的！
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测角仪：“牵星术”、四分仪、六分仪
我们可以看到《坤舆万国全图》其中几处提到了北京的纬度是40度，究竟是怎么得出来的呢？
北京（京师）的纬度是40度：
此段内容在《坤舆万国全图》卷首处部分，其中：
“又用纬线，以著各极出地几何。盖地离昼夜平线度数与极出地度数相等，但在南方，则著南极出地之数，在北方则著北极出地之数也。故视京师隔中线以北四十度，则知京师北极高四十度也。”
其实这里应用了“牵星术”原理，“牵星术”又名“过洋牵星术”，一种利用星星进行导航的航海技术，一句话概括，它是一种测量所在地纬度的技术，在大海航行时使用，可以有效地进行导航。
“牵星术”，具体来说，就是使用简单的测角仪，从而来为船队定位。其实，也就是古代的“勾股测量法”哦！
星体在天上好比灯塔，如能分别测出两座灯塔的基点（这种基点称为“星下点”——星体与地心的连线和地球表面上的交点）与航船的距离，就能得到航船的大致方向和位置。但测星定位受天气影响很大，看不见星体时就无法使用，所以，也需要指南针等其他辅助。
图 牵星术中用于定位的“星下点”
它的原理是什么呢？
众所周知，所谓纬度，就是地球上某点和地心连线与赤道面之间的夹角。
牵星术“A点的纬度就是AO与赤道面的夹角，也就是∠1。”
A点的纬度就是AO与赤道面的夹角，也就是∠1。然而，我们知道北极星是在地球自转轴上的，（如图中，红色的北极星在红色的地轴上）。且北极星距离地球无限远。
那么，点A和北极星的连线就和地轴平行，如此，很简单就可以证明出，点A和北极星连线与地面的夹角∠2就等于∠1。——也就是说，在地球上某地观测到的北极星仰角，就是该地的纬度。所以，测量纬度就是如此简单，只要我们测出北极星的仰角就成了。
而这个原理，据说“古希腊”《天文学大成》中记载阿拉伯人“发明”四分仪，然后六分仪的原理是牛顿“提出”的。
四分仪就是四分之一圆的一个量角器，上端有两个小孔，可以通过小孔去观测星星。还有一根通过圆心的铅垂线，通过小孔看到北极星后，铅垂线所标出的角度，就是北极星的仰角，即本地纬度。
图 四分仪
