Astronomijā orbītas noteikšana nozīmē paredzēt veidu, kā objekti kosmosā riņķo viens pret otru. Ir vairākas metodes šo prognožu veikšanai. Sākotnējās orbītas noteikšanas metode ir vienkāršākā metode, un tai ir nepieciešami divi mērījumi, lai noteiktu orbītas ķermeņa virzienu un ātrumu. Mazāko kvadrātu metode ir precīzāka, taču tai ir nepieciešami daudzi vienas orbītas aprēķini, lai prognozētu virzienu, ātrumu un orbītas kļūdu. Secīgās apstrādes metode ir visprecīzākā un prasa daudzus orbītas kļūdu aprēķinus no iepriekšējiem modeļiem. Šī metode rada jaunus orbitālos modeļus, kuros ņemti vērā vairāki faktori, kas izraisa orbītas kļūdu, piemēram, nelielas sadursmes ar kosmosa putekļiem.
Orbītas noteikšanas pielietojums svārstās no globālās pozicionēšanas satelītiem (GPS) līdz bināro zvaigžņu orbītām. Orbītas kļūda var radīt lielas problēmas GPS sistēmā, un tā ir pastāvīgi jāuzrauga. Paredzams, ka objektus, kuriem plānots sadurties ar Zemi, pirms trieciena varēs paredzēt ar orbītas noteikšanas metodēm.
Sākotnējo orbītas noteikšanu ir izmantojuši visā vēsturē, un to neatkarīgi izstrādājuši daudzi astronomi. To izmantoja Johanness Keplers, lai atvasinātu savus trīs planētu kustības likumus. Arī pirmais precīzais planētas Marsa orbītas modelis tika izstrādāts, izmantojot sākotnējo orbītas noteikšanu.
Kopš 1801. gada, kad to pirmo reizi izstrādāja Karls Frīdrihs Gauss, mazākā kvadrāta metode ir aizstājusi sākotnējās orbītas noteikšanas izmantošanu. Orbitālais periods ir pilnīga orbītas cilpa. Mazākā kvadrāta metode parāda, ka starp pilnīgiem orbitālajiem periodiem vienmēr ir kļūdas, kas veidojas nezināmu spēku un orbītā ķermeņa mijiedarbības dēļ ceļojuma laikā. Sākotnējā orbītas noteikšanā iepriekšējie dati netiek ņemti vērā. Tas ir tikai pirmais solis mūsdienu orbītas noteikšanā, jo mazākā kvadrāta metode aprēķina orbītas kļūdu.
Secīgās apstrādes metode ir vispiemērotākā datormodelēšanas dēļ. Izmantojot šo metodi un Šermana teorēmu, astronomi izstrādā orbitālos modeļus, izmantojot datorus, lai ar ļoti ierobežotiem datiem atrastu nākotnes pozīciju, ātrumu, virzienu un orbītas kļūdu. Šermana teorēma prasa vēl vienu matemātisko soli uz secīgās apstrādes metodi, ko sauc par linearizāciju.
Sarežģītā matemātika un plašie dati, kas nepieciešami secīgās apstrādes metodes izmantošanai, bieži vien nav pieejami, tāpēc astronomi izstrādā secīgās apstrādes metodes aprēķinus. Tas samazina orbītas noteikšanas grūtības, bet nedaudz palielina orbītas kļūdu. Šo procesu sauc par stāvokļa novērtējumu. Astronomi izmanto stāvokļa novērtējuma atsauci un linearizāciju tikai tad, ja pētāmie orbītas dati ir pārāk mazi, lai izmantotu nelineārās secīgās apstrādes metodes.