كان الإسطرلاب والربع و الاسطرلاب الليلي هي الأدوات الأساسية المستخدمة لمراقبة السماء في البحرية. خلال القرن الخامس عشر وصل الإسطرلاب إلى الغرب المسيحي بواسطة علماء الفلك العرب وكان في الأساس عبارة عن خريطة للسماء تحاكي الحركة القطبية للنجوم . أتاح تصميم الاسطرلاب المؤلف من العديد من الصفائح الكروية القابلة للتبديل الى رؤية الأبراج الفلكية الشمالية عند خطوط عرض مختلفة، بحيث تكون دائمًا متوافقة تمامًا مع تغيرات السماء بالرغم من اختلاف مناطق المراقبة من الأرض.

في السفن كان يستخدم الإسطرلاب البحري، الذي اقتصر تصميمه على قياس انحرافات النجوم، وخاصة النجم القطبي، في لحظة العبور إلى خط الطول الرئيسي. مما سمح بقياس خط العرض الذي توجد عليه السفينة. لم يكن لدى الإسطرلاب البحري الصفائح الكروية التي توجد عادة في الأسطرلاب المسطح. فكان الاسطرلاب البحري يتألف من اللوحة الأم والرفرف المتدرج والعضادة وحلقة التعليق. لتسهيل المراقبة في الظروف الجوية السيئة، كانت اللوحة الأم سميكة وثقيلة ومحفورة بشكل كبير.

كان الوزن يحافظ على تعامد الاسطرلاب مع الأرض على الرغم من ميل السفينة وتأرجحها. أما الهدف من حفرها بشكل كبير فكان لمنع الآلة من التأرجح بين يدي الراصد في ظل وجود رياح قوية، الأمر الذي يمنع من الإشارة بثبات إلى النجم المختار. أدى الربع وظيفة مماثلة ولم يتميز إلا بوجود ربع جيبي، يُعرف في البحرية باسم ربع التخفيض. يتكون هذا من شبكة من الخطوط المتعامدة المتقاطعة بقوس 90 درجة. كما يشير اسمها، فقد عملت على تقليل حساب الدوال المثلثية من زاوية أكبر من 90 درجة إلى زاوية موجودة في الربع. كان الإسطرلاب الليلي أو ببساطة "الليلي" عبارة عن ساعة ليلية، عندما تشير بواسطته نحو نجم الشمال وأول نجمين من مجموعة الدب الأكبر، فإنها تحدد الساعة في أي وقت من الليل.