比假天象仪更早完成的水运仪象台当时坐落在开封，它是苏颂和他的同事在1088年至1090年间建成的。台高约三丈五尺，上下三层，最上层的露天平台放置浑仪，中层密室安置浑象，这些都接受了张衡的做法。浑象的一半隐在地柜中，另一半显露在外。下层为一套机械报时系统，并且巧妙地利用木俑出人报时，逢辰击钟，遇刻敲鼓，夜间打更。台中的全部仪器都共用一套传动装置和漏壶组，运转时与天体的周日视运动基本同步。苏颂在他的仪象台落成后撰写了《新仪象法要》，详述了各部件的情况，书中还附有大量机械图，是一份极其珍贵的文献。由于仪象台的报时系统中有一种类似擒纵器的控制装置，而苏颂把时钟机械与观测用的浑象结合起来，使这座水运浑象成为世界天文钟的直接祖先。
清代以前浑象的实物我们已经无缘看到了，今天保存在北京古观象台的天体仪则是康熙年间新制的六仪之一，那虽是来自比利时的传教士南怀仁为北京的观象台特意制造的，但它的前身显然就是中国传统的浑象。
从早期星经到《步天歌》
星经是古代的星占着作，如果用严格的天文学概念去衡量，则是一种星表。《甘石星经》素来被视为这类星表的早期代表。相传战国时齐人甘德着《天文星占》八卷，魏人石申着《天文》八卷，到宋代以后，这两部着作则被人们合称为《甘石星经》。甘氏、石氏的原书早已亡佚，而后来的传本中，除甘石二家之外，还有不少属于巫咸的星官，因而一般都主张放弃使用《甘石星经》这一名称。
甘氏与石氏的着作至少在南朝时期尚存于世，三国东吴太史令陈卓广泛搜集了甘氏、石氏和巫咸三凉的星官和星图，并同存异，汇总整理，综合编成了一个具有283官1464颗恒星的星表，并曾为之测绘星图。《晋书》和《隋书》的《天文志》都对他的工作做了详细记载，但是，陈卓的着作最终也没有逃脱掉失传的厄运，《隋书·经籍志》载有“陈卓记”《石氏星经》七卷，这部文献连同他自己编着的《天文集占》十卷、《四方宿占》一卷、《五星占》一卷和《天官星占》十卷，全都散佚了。
南朝刘宋时期，天文学家钱乐之绘成了一种经过改进的星图，一般认为，他开始使用三种不同的颜色来指示三位古代占星家所测定的星，石申用红色，甘德用黑色，巫咸用白色。但在北燕太平七年（415年)冯素弗墓天象图中，恒星已经使用黄、红、绿三色标示，时间比钱乐之为早，由此看来，陈卓在他的星图中可能早已采用了这种方法。分色标星的目的既不是出于对科学史有任何特殊的兴趣，也与实际观测到的恒星颜色无关，而是由于人们相信三家天文学派的占验方法不同，所以必须知道哪些星本来属于哪一种体系。
进入唐代，瞿昙悉达汇编的《开元占经》则保留了公元前4世纪以来天文观测的完整资料。这部着作之所以能完好地留传下来，恐怕不能不归之于它传奇式的发现经过。明万历四十四年(1616年)，挹玄道人程明善因极佞佛，不惜布施重金，为一尊古佛重妆金身，不料于古佛腹中发现了一部卷帙浩繁的古代典籍，这就是唐代瞿昙悉达所着的《开元占经》。《开元占经》中引用了七十余部古代星占学着作，其中引用最多的便是石申的着作，瞿昙悉达在引述这部分内容时称“石氏日”，而现代学者认为，这些佚文就是久违了的《石氏星经》。同时，瞿昙悉达还在书中引用了大量甘氏和巫咸星经的内容，通过这些引文，人们甚至可以约略窥得陈卓汇总三家星官的工作。
《开元占经》所收的三家星官和星数是这样的：
巫咸44官144星石氏92官626星甘氏118官511星二十八宿及辅官28官183星这个体系基本上保留了陈卓星官的原貌，并且石申一家还给出了包括二十八宿和石氏中外官距星共121颗星的赤道坐标，不仅有去极度，对于二十八宿还有距星的距度及黄道内外度，对于中外官则有入宿度和黄道内外度。
《石氏星经》中的恒星坐标是否为战国时代的实测结果，学术界多有分歧。日本学者上田穰认为，至少有一部分恒星的观测时代应该限定在公元前360年，而另一部分恒星的观测时代可能晚到公兀200年。另一位日本学者薮内清则认为，《石氏星经》应系公元前1世纪的观测记录。中国学者一般持有这样的观点：对于二十八宿距星来说，由于其距度与汉代文献及遗物中保留的相同距星的距度数值一致，因此可能相信它是战国时代的测量结果。但是对于中外官距星的观测结果则可以晚到汉代，因此应系后人的增订。然而，这些分歧并不能影响战国时代已经出现《石氏星经》的事实，因为某些晚出的数据，完全可以归结为一个长期承传的石氏天文学派的修订结果。
比《开元占经》更早的三家星经的版本，我们有幸在敦煌文书中见到了，它分别属于甲乙两个不同的抄本。三家星经的全题是《石氏甘氏巫咸氏三家星经》，并与《二十八宿次位经》和《玄象诗》
写在一起。两个抄本都是先述石氏，次述甘氏，最后述巫咸，而且乙本更将三家星官分别注明“赤”、“黑”、“黄”，依次表示石氏、甘氏和巫咸三家星官所测的星。虽然抄本的年代目前尚难定论，但是由于《玄象诗》的撰写时间可以早到唐以前或唐代初年，况且甲本《玄象诗》又明显是为配合《二十八宿次位经》及《三家星经》所作，因此它所据以抄录的《三家星经》的底本绝不会晚于六朝，而其撰写年代则要早至战国到汉初。
《石氏星经》的观测年代虽然比古希腊着名的《托勒密星表》要早——后者主要是抄录公元前2世纪喜帕恰斯的观测结果，而且观测精度也与其不相上下，但是在中国，它恐怕还算不上是最古老的星表。尽管《巫咸星经》和《甘氏星经》没有列出恒星位置的具体度数，但它既然说出了星的位置，作为星表的早期形式仍然应该予以承认。从这个意义上看，《巫咸星经》完全有理由作为世界上最古老的星表。
中国古代与星经并存的另一类识星作品则是比较通俗的，它们将星名用韵文编排，文辞浅近，便于传诵。这类作品大约以北魏张渊所作的《观象赋》为最早，约成于公元438年，《魏书·张渊传》中保留了它的全文，以后又有隋李播的《天文大象赋》，但都未能广为流传。敦煌文书中留存的两份《玄象诗》，可以说是今天所能见到的比较重要的早期通俗识星作品。
两份《玄象诗》分属甲、乙两种抄本，全诗五言为句，通俗易懂，凭借这样一篇诗歌，可以迅速认出全天常见的主要星座。从甲本残有的内容看，《玄象诗》与《二十八宿次位经》和《三家星经》
同卷抄写，显然是配合这些星经所作的，因此它实际是星占书的一部分。甲本《玄象诗》先从角宿起叙石氏星经，再从角宿起叙甘氏星经，然后重新从角宿起叙巫咸星经，最后合三家总叙紫微垣，识星虽不甚方便，但利于记忆。乙本《玄象诗》与《许七曜利害吉凶征应瞻》及陈卓《日月五星经纬出入赡吉凶要决(诀)》同卷抄录，全诗分段拆开，依周天一次达到识星目的的要求排列，同时为区别三家星官和紫微垣，在各段诗句端首注明“赤”、“黑”、“黄”、“紫”，分别代表石氏、甘氏、巫成和紫微垣。
《玄象诗》的撰写年代约在唐代以前，作品最大的局限是未能超越《三家星经》的藩篱，而且大多没有标明各星座的具体星数，只停留于对星座相对位置和形状的描述。这些缺陷在稍晚出现的《步天歌》中则得到了彻底的改变。《步天歌》置《三家星经》于不顾，完全按照三垣二十八宿的次序叙述星官，不仅有各星官的相对位置及星数，而且文辞优美。这个更为成熟的作品问世，便使《玄象诗》渐渐湮没无闻了。
对于《步天歌》的作者和年代，历来存在很大争议，《新唐书·艺文志》着录有“王希明《丹元子步天歌》一卷”，而宋代郑樵的《通志·天丈略》则认为丹元子为隋代隐者，他撰作歌文，唐人王希明则为之注释。对于这些说法，学术界也有不同意见，一般认为，丹元子可能是王希明的号，分析《步天歌》的内容，则与唐初李淳风所撰晋、隋两书天文志的排比分区体系全然不同，而与其后的天文书大致相同，所以断为李氏之后的作品，约当唐开元年间(公元8世纪前半)。其实这种比较并不足以论定《步天歌》一定完成于唐代，相反，《步天歌》的内容明显与隋李播的《天文大象赋》同出一源，而且某些星官的演变也显示了完成于李淳风之前的证据，因此，郑樵将《步天歌》视为隋代作品应该是符合事实的。
《步天歌》按陈卓整理而定的283星官，用七言韵文历叙天上1464颗恒星的位置，并配有星图，生动形象。但从宋代开始，一般却把它视为秘宝；认为只能在灵台传诵，严禁流入民间。《步天歌》对星空的分区方法也和以往流传的各种天文典籍不大相同，它把星空分成三垣二十八宿，共31个大区，从此以后，这种标准分区法便成为中国古代划分星空区域的基础了。