@肖寅 已经答的挺好的了，没有太多时间，简单补充的回答一下，有时间再补充。
题主问得时如何导航定位，实际上导航定位往往和时间的获取分不开。记得GPS刚开始民用时，很多人问GPS能干什么？现在当然大家都不会这么问了，因为地理空间位置和时间几乎是最基本的两类信息，任何物质的存在都至少和时间或者位置信息有关。所以应该问GPS不能做什么。
楼主问的是外太空，其实定位起来，基本原理和地面是一样的，当然也有许多特殊的问题。
首先要简单定义或者说一下导航定位，飞行器要能够导航首先要定位，导航定位对位置信息的需求实际上细分起来又可以分为两种：一种是要求响应速度很快的，相对来讲更关注相对的精度，对绝对精度要求不算太高；另一种是要求绝对精度非常高，但是响应速度可以没那么高。
打个比方，假定你要做一辆自动驾驶汽车，在自动驾驶过程中，当然就需要定位，然后再导航。因为汽车相对周围环境的速度很快，所以就需要有一套装置，能够迅速根据导航计算机的要求给出当前的位置和速度等信息，这个需求对响应速度要求是很高的，但是这类信息实际上更关注的是汽车相对道路的距离，计算机必须不停的进行测量，防止汽车与其它汽车或者路边的物体发射碰撞。假定汽车是从北京到上海，当然，汽车不发生车祸不幸，还必须保证汽车走的路是对的，所以就需要汽车在地球坐标系中的绝对位置，这才轮到GPS出场，因为GPS提供的绝对位置是很精确的，但是响应速度不够，如果只使用GPS，汽车是绝对做不到无人驾驶的，因为无法对外围环境的快速感知。
@肖寅 先生的回答主要是讲的第二类导航定位，回答已经挺完整，不再赘述。
简单来讲，第一类对响应速度要求高的导航定位主要依靠惯性导航，名字虽然高大上，其实很简单，就是我已经知道初始位置和时刻，然后不断地测量速度和方向，自然就可以计算出从初始位置和时刻时候的某一时刻的位置。但是因为任何测量总是有误差存在，经过一段时间，误差不断积累，外推出来的位置信息就和真实的位置相差很大了，这时候就轮到第二类导航定位方法出马，从而不断地校正误差。不论是外太空的航天器还是地面的导航定位，通常都是少不了这两种方法的。
第二类导航定位的基本原理就是：在某一个坐标系中，利用某些已知物体的位置信息，设法计算出我们与这些已知位置的相对应关系，从而实现定位。
GPS定位的原理是利用卫星的位置是确定的，然后测量与多颗卫星的距离，接方程就可以知道所求的位置（实质上是利用无线电传输的时间差，乘以光速，得到距离，由于时间也不准确，所以至少需要4颗卫星而不是3颗）。低轨卫星是完全可以用GPS卫星导航的，而且现实中就是这么用得。
在GPS卫星出现之前，卫星的导航定位是利用地面测控系统进行的，说白了就是利用已知精确地理坐标的地面测控站，然后得到卫星的位置。具体测量的方法有许多种，比如光学法，侧音测距法，伪随机码测距法等等，无非就是测量出卫星相对地面测控站的距离和角度，其实和雷达的原理完全一样；当航天器飞的距离地球飞船远时，传统方法的测量角度不够，然后科学家就发明了VLBI，也就是甚长基线法，@肖寅 的答案汇总已解释。
还有一种古老的方法是天文导航，我们找到北极星就能找到北，卫星一样可以利用遥远星系中的某些明亮的星星，由于距离遥远，可以认为星星的位置不变，测量出相对的角度，就可以定位。航海时的导航定位方法就是这样的。
实际工程商，自然是多种方法同时使用，所以称为组合导航。
@以死 先生的回答是卫星定姿的方法，严格说来，不应该算到导航定位方法里。
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— 完 —
本文作者：张拯宁
【知乎日报】
你都看到这啦，快来点我嘛 Σ(▼□▼メ)
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