根据其所选参照系不同，光学导航敏感器分为地球敏感器、太阳敏感器以及星敏感器。

利用不在大气窗口范围内的14～16微米红外波段的红外探测器来探测地球红外辐射和外太空之间的不连续部分，并通过相应的算法获得在地球敏感器坐标系下的地心矢量以及相应的两轴姿态。地球敏感器作为天文导航姿态确定系统，通常应用于临近空间飞行器，如用于近500千米卫星上进行姿态确定。

通过测量太阳矢量与卫星某一体轴之间的夹角，确定太阳在敏感器本体坐标系中的位置，再通过坐标矩阵变换获得相应的卫星姿态，以实现卫星在特定坐标系中的姿态稳定，是航天器中最常用的光学导航敏感器。太阳敏感器分为两类：①基于光电池光伏特性的模拟式太阳敏感器；②基于有源像素传感器的数字式太阳敏感器，具有精度高、视场范围大、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于卫星等航天器的姿态控制系统中。

一种以恒星为参照系，以星空为工作对象的空间姿态测量装置。主要由遮光罩、光学成像系统、光电探测器和电信号处理单元组成。通过探测天球上不同位置的恒星进行计算，提供航天器相对于惯性坐标系的姿态。星敏感器的工作过程是：光学成像系统将星空成像在光学焦平面上；探测器置于此焦平面完成光电转换，将星空成像转换成视频信号输出；视频处理器完成视频处理并将其转换为数字图像，数字信号处理器对数字图像进一步处理，计算出星敏感器光轴相对于惯性坐标系的指向，得到惯性坐标系姿态。与地球敏感器和太阳敏感器相比，星敏感器测量精度最高。