空間大地測量技術的觀測對象是各種人造地球衛星信號或河外射電源信號，各種衛星大地測量技術所獲得的觀測值均與衛地距向量（測站至衛星的向量）有關。衛星大地測量方法有幾何法和動力法之分，在幾何法中是把衛星當做高空的觀測對象，並不去顧及人造地球衛星複雜的軌道運動。而動力法則須研究衛星軌道隨時間變化的規律，為此須建立衛星運動模型，設定力模型。
目前，最精確有效、貢獻最大的空間測量技術主要有：衛星雷射測距、甚長基線幹涉測量、衛星重力和衛星測高技術、全球衛星導航定位系統技術。
衛星雷射測距
由測距儀雷射器產生並射出的雷射脈衝抵達配備有後向反射稜鏡的測距衛星又反射返回接收設備，即可精確測定往返傳播的時間，而求得衛地距，這就是衛星雷射測距（SLR）。這一技術始於20世紀60年代中期，目前精度已達約1cm。
SLR是目前精度最高的絕對（地心）定位技術，在定義全球地心參考系中起著決定性作用，也可精確測定地球自轉參數，又是衛星重力技術確定全球重力場低階（n<50）模型的主要工具，是建立大地測量參考框架（CIS和CTS）以及研究地球動力學問題的基本技術手段。
可利用全球分布的多個雷射測衛固定臺站，對專用的裝有雷射反射器的衛星（如Lageos，Geos-1、2、3）做較長弧段的觀測。我國已有5各SLR固定站，上海、武漢和長春已擁有第三代衛星雷射測距儀，測距精度優於釐米級。
甚長基線幹涉測量
甚長基線幹涉測量（VLBI）的觀測對象（射電源）是位於銀河系以外的類星體，至今已發現類星體約有3000個，其直徑只有一光年左右，但與地球卻相距數萬光年以上，因此地球至類星體的方向可視為固定不變，並完全可以認為同一類星體到地球上兩地的射電源信號的方向互相平行。在兩個VLBI臺站上的射電望遠鏡，由各自採用的獨立本振信號和記錄磁帶同時對某一射電源進行觀測，按照射電幹涉的原理經過對兩測站接收信號的互相關處理，可得出射電信號到兩接收天線的時間延遲和條紋率的實測值，經過一系列改正後得出幾何時間延遲和幾何條紋率，為了求定基線向量，至少要向不同的射電源測量三個時間延遲值。VLBI數據處理的結果可解出基線向量在地心坐標系中的三個分量。
我國的VLBI站點主要有上海、烏魯木齊和昆明等，可用於天文研究、天體測量和測地學，也可用於深空探測衛星的事後精密定規研究。如在2007年10月24日我國探測月球的「嫦娥1號」衛星成功發射後，即由上海、北京、昆明和烏魯木齊四地VLBI觀測站構成VLBI測軌網，配合USB技術，進行全程測控，以滿足「嫦娥1號」月球探測器各飛行階段的遙測、遙控、軌道測量和導航任務。
衛星重力和衛星測高技術
為獲得高精度、高解析度的從靜態到動態的全球重力場模型，近二十年來廣泛採用衛星跟蹤衛星，即SST和衛星重力梯度技術。SST技術是指兩顆運行中的衛星之間的精密測距測速跟蹤，由於有了GPS技術的支撐，遂演化成高低衛星之間的跟蹤和低低衛星之間的跟蹤。
在前一個觀測模式中，專用的低軌衛星載有高精度的加速度儀，用以測定低軌衛星因非保守力引起的攝動加速度，並載有GPS接收機，用以接收來自多顆GPS衛星（作為高軌衛星）的信號，由此而精密確定每一曆元低軌衛星的軌道。
在後一個觀測模式中，相距200Km左右兩顆低軌衛星都分別載有GPS接收機和加速度儀，各自與GPS衛星構成高低衛星之間的跟蹤，於此同時兩顆低軌衛星之間又互相以微米級的測距測速精度相互跟蹤。
衛星重力梯度技術是指在低軌衛星上載有高精度的超導重力梯度計，用以測定衛星處的重力梯度張量，由於重力梯度值是地球重力位的二階導數，因此有助於恢復地球重力場的高階部分（達180階以上），解算精度可提高一個數量級。
衛星測高是利用安置在衛星上的雷達測高儀垂直向海面發射脈衝，這些脈衝被海面垂直反射至衛星，於是可根據脈衝往返行程的時間，推求衛星對瞬時海面的高度。用雷射測衛或GPS測量等方法可對測高衛星精密定規，從而可算出衛星在所選定的平均地球橢球面上的大地高。
全球衛星導航定位系統技術
目前主要的衛星導航定位系統有美國的全球定位系統GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的伽利略（GALILEO）和我國的北鬥衛星導航定位系統，此外還有由法國建立的衛星都卜勒定軌和無線電定位單向雙頻地基系統DORIS及德國建立的與DORIS類似的雙向雙頻的地基系統PRARE。