外太空探測器如何確定自己的位置和運行軌道？

比如在地球上，我們可以通過陸地的地標或者GPS判斷自己的位置，有經緯度和海拔坐標系。那麼在太空中呢？一切的天體都在運動，飛行器如何回答「我現在走到哪裡了？」這個問題？邀請了幾位大神，望不吝賜教。

不是大神，就自己知道的簡單答一下。
軌道是可以觀測和計算出來的。對於一個太陽系天體如果進行三次精確觀測，得到它在天球上的經緯度和觀測時間，就可以由此計算出它的軌道根數的6個元素：軌道傾角、升交點黃經、離心率、近日點輻角、半長軸、指定曆元的平近點角。反過來有軌道根數，就可以計算出該天體在過去未來某個時刻的位置。
計算方法由開普勒在幾百年前完成，對普通人來說非常複雜，就算只考慮太陽引力也要解好幾個6元高次方程組，實際上還要考慮行星的引力攝動等等。對於有計算機幫忙的宇航局專家來說就不算什麼了，通過接收探測器發回的信號測量它在天空中的方位並計算它的軌道是小事一件。

發射出去的航天器自身的姿態是靠陀螺儀來穩定的，不知道你看了劉洋的太空課沒，她有做個一個陀螺實驗。既然自身姿態固定了那就可以靠遠方的恆星定位，通過一個小望遠鏡監視遠方的恆星，通過恆星的位置來判斷自身是否按預定軌道運行。不過一般太空中是沒有什麼外力干擾航天器運動的，發射升空時的角度和速度正確了，它們就會按照預定軌道飛向所要探測的目標的。

其實有很多種方式

最重要的是慣性導航，以及各種組合導航，比如星光/慣性導航。這都屬於自主導航。

其原理是根據相對恆星的位置來判斷飛行器自身的位置，或修正慣性感測器的誤差。
天空中恆星的位置是可以計算的，幾月幾號幾點幾分，某某恆星在什麼位置是確定的。

如果飛行器軌道高度比GPS衛星低的話，仍然可以使用GPS導航。

另外還有非自主導航，可以在地面設偽衛星或其他檢測設備，相當於倒置的GPS，衛星在地面，接收機在天上，實現導航。