传统航天器轨道理论中的定轨问题（也称轨道确定问题）是确定最符合跟踪观测数据的轨道。跟踪观测数据通常是利用天基、地基测量设备获得的多种类型观测数据。

关于轨道确定,在天体力学或轨道力学中通常有两个概念:短弧意义下的初轨计算和长弧意义下的轨道改进(或称精密定轨)。对于前者,传统意义下的定轨模型是对应一个无摄运动的二体问题。这无论在航天任务中,还是在太阳系各种小天体(小行星、自然卫星、彗星等)的发现过程中,都是不可缺少的工作。初轨本身可在某些问题中直接引用,或为精密定轨提供初值。对于后者,定轨模型则对应一个“完整”力学系统(符合问题精度要求的力学模型)的受摄二体问题,它是根据大量观测资料所作的轨道确定工作,提供各种航天任务中所需的精密轨道。对于这种定轨,传统的叫法为轨道改进,但由于可以在卫星定轨的同时确定某些参数(与轨道有关的一些几何和物理参数),扩展了传统意义下单纯的轨道改进,现称为精密定轨。从定轨的基本原理而言,尽管后者可以涵盖前者,但前者在短弧的前提下,有其特殊的定轨方式。

短弧段定轨方法是指当通过传统初轨计算方法由于存在较强病态问题，无法得到足够精确的轨道根数估计值时，采用基于星历、多项式拟合、非线性滤波或约束域方法得到高精度轨道根数的估计方法。

短弧定轨技术主要包含三方面内容，第一传统航天器轨道理论中的初轨计算；第二由于测量受限无法获得足够测量数据下的短弧段定轨；第三测地学中引力场模型估计时使用的短弧段测量估计技术。在定轨过程中根据定轨策略不同可以将定轨问题转换为经典的无摄动二体问题或受摄二体问题、三体问题。

初轨确定的方法主要由拉普拉斯方法（初值问题方法）、高斯方法（边值问题方法）和巴特拉科方法等。

在实际的卫星飞行运动中，卫星的初始状态是未知的，并且其运动微分方程中的物理常量和模型本身也是带有误差的，从而导致积分的轨道与卫星真实轨道存在偏差。所以，为了获得尽可能接近真实轨道的积分轨道，必须对卫星进行跟踪观测，最后综合卫星跟踪的几何信息和卫星运动的动力信息来估计卫星初始状态及相关物理参数。

精密定轨是在低精度的参考轨道（简称初轨）的基础上，利用区域或全球跟踪站的观测数据对参考轨道予以改进。轨道改进的同时还可以根据需要解算整周模糊度、测站坐标、对流层延迟、地球自转参数、天线相位中心偏差、地球质心偏差等参数。

由于卫星的摄动力比较复杂，导致难以得到任意时刻卫星位置和速度。因此，在建立摄动力模型之后，必须求出摄动加速度对卫星坐标、速度以及力模型参数的偏导数。

在建立线性化的观测方程后，可根据实际情况选择合适的参数估计方法对卫星的初始状态及相关参数进行估值，再用估计的参数对卫星的运动方程积分即得到精密轨道。至此，卫星精密定轨问题就成了一个参数估计问题。我们可以把精密定轨的基本任务概括为对一个微分方程并不精确知道的动力学过程，使用带有随机误差的观测数据，以及不够精确的初始状态，求解在某种意义下卫星运动状态的“最佳”估值。“最佳”就是在许多可能的解中按某种判据选取一个解。

GPS精密定位定轨的数学模型，主要由最小二乘法定位定轨（经典最小二乘法、加权最小二乘法、贝叶斯最小二乘法、多层分解贝叶斯加权最小二乘法、序贯加权最小二乘法等），滤波法定位定轨（经典kalman滤波、平方根信息滤波/平滑-SRIF/SRIS、扩展kalman滤波-EKF等）。