Sonda była stabilizowana trójosiowo. System kontroli orientacji przestrzennej (Attitude and orbit Control System - AOCS) obejmował zestaw sensorów używanych podczas lotu międzyplanetarnego oraz podczas lądowań na planetoidzie, systemy wykonawcze w postaci kół relacyjnych (Reaction Wheel - RW) i silników systemu RCS oraz jednostkę obróbki danych (Attitude and Orbit Control Processor Unit - AOCP). W skład sensorów nawigacyjnych używanych podczas lotu wchodziły: dwa szperacze gwiazd (Star Tracker - STT), bezwładnościowa jednostka odniesienia (Inertial Reference Unit - IRU), trzy przyspieszeniomierze (Accelerometer - ACM), oraz trzy sensory Słońca o małej dokładności (Corase Sun Sensor - CSAS). Do sensorów nawigacyjnych używanych podczas zbliżania się do planetoidy oraz bliskich operacji przy planetoidzie zaliczały się: teleskopowa kamera nawigacji optycznej (Optical Navigation Camera - Telescopic Camera - ONC-T), szerokokątna kamera nawigacji optycznej 1 (Optical Navigation Camera - Wide Angle Camera 1 - ONC-W1) oraz szerokokątna kamera nawigacji optycznej 2 (Optical Navigation Camera - Wide Angle Camera 2 - ONC-W2). W czasie lądowań na planetoidzie wykorzystywane było śledzenie optyczne odłączanego znacznika celu (Target Marker - TM) oświetlonego przez odpowiednią lampę (Flash Lamp - FLASH). Służyła do tego głównie kamera ONC-W1. Ponadto w czasie lądowań do pomiarów odległości do powierzchni i orientacji sondy względem niej używane były trzy sensory laserowe - wysokościomierz laserowy (Light Detector and Ranging - LIDAR), dalmierz laserowy (Laser Range Finder - LRF) i sensor wachlarza wiązek laserowych (Fan Beam Sensor - FBS). Kamera ONC-T była ponadto główną kamerą naukową. Kamery ONC-W1 i ONC-W2 również powalały na mapowanie planetoidy i badania jej kształtu. LIDAR był ponadto instrumentem naukowym umożliwiającym uzyskanie globalnych map topograficznych i modeli kształtu planetoidy.
Szperacz gwiazd STT znajdował się na panelu -X, w jego górnej części. Dostarczał podstawowych danych nawigacyjnych używanych w normalnym trybie pracy. Była to kamera elektroniczna uzyskująca obrazy gwiazd. Orientacja przestrzenna pojazdu była obliczana na podstawie pozycji gwiazd porównywanych z katalogiem pokładowym.
Bezwładnościowa jednostka odniesienia IRU zawierała żyroskopy. Pozwalałą na pomiary przyspieszeń kątowych podczas manewrów korekt trajektorii oraz podczas lądowań na planetoidzie.
Trzy przyspieszeniomierze ACM umożliwiały pomiary przyspieszeń liniowych podczas manewrów korekt trajektorii oraz podczas lądowań na planetoidzie.
Trzy sensory słońca CSAS były używane po po starcie. Ponadto były wykorzystywane w trybie bezpiecznym do mało precyzyjnego orientowania sondy na Słońce, dziki czemu jej panele słoneczne były stale oświetlone.
Kamery nawigacyjne ONC-T, ONC-W1 i ONC-W2 były używane podczas fazy zbliżania się do planetoidy. Pozwalały na jej fotografowanie na tle gwiazd, co umożliwiało wyliczenie jej pozycji względem sondy i zaplanowanie korekt trajektorii. Ponadto były wykorzystywane do planowania manewrów umożliwiających utrzymanie bazowej pozycji względem planetoidy oraz podczas jej oblotów. W czasie uwalniania lądownika MINERVA kamera ONC-W1 pozwalała na jego sfotografowanie po odłączeniu, a kamera ONC-W2 - na jego obrazowanie podczas opadania na powierzchnię, w fazie wznoszenia się sondy. Pozwalało to na zrekonstruowanie trajektorii lądowania tego pojazdów. Na powierzchni lądownik miał zostać zlokalizowany dzięki zdjęciom z kamery ONC-T uzyskanym z odległości około 1 km.
W czasie lądowań na planetoidzie kamera ONC-W1 była głównym sprzętem nawigacyjnym używanym na wysokości od 50 do 5 metrów. Na wysokości poniżej 17 metrów była używana do śledzenia optycznego sztucznego celu nawigacyjnego zrzuconego na powierzchnię - znacznika celu TM. Był on odłączony na wysokości 40 - 30 metrów (określonej przez wysokościomierz LIDAR), a następnie opadał swobodnie na powierzchnię. W tym czasie sonda zmniejszała swoją szybkość względem planetoidy, dzięki czemu TM opadał na powierzchnię na długo przed dotarciem do niej sondy (jeśli TM nie został odłączony podczas próbnego lądowania). Na wysokości 17 metrów pojazd zajmował pozycję stacjonarną względem powierzchni i rozpoczynał wykonywanie pomiarów nawigacyjnych z użyciem TM znajdującego się już wtedy na powierzchni. Polegały one na fotografowaniu TM za pomocą ONC-W1. TM był oświetlany przez lampę FLASH znajdującą się na panelu -Z sondy. Była ona włączana i wyłączana co 2 sekundy. Odjęcie tych dwóch obrazów pozwalało na autonomiczne wyznaczenie położenia TM na powierzchni. Sonda następnie rozpoczynałą pionowe opadanie na powierzchnię bezpośrednio nad TM. Dalsze obrazowanie TM pozwalało na wyznaczanie jej szybkości pionowej i na jej zredukowanie prawie do zera w czasie osiągnięcia powierzchni. Alternatywnie zamiast znacznika TM można było wykorzystać śledzenie cech terenu mających postać jasnych grup pikseli. Metoda ta mogła być wykorzystana w przypadku braku możliwości użycia TM np na skutek awarii lampy.
Dane ze wszystkich trzech kamer były obrabiane przez wspólną jednostkę elektroniki (Optical Navitaion Cameras Eletronics - ONC-E) pozywającą na uzyskanie informacji nawigacyjnych. Komunikowała się ona z elektroniką AOCP.