美国政府运作了若干个携带测量与特征信号情报传感器的卫星系统。这些传感器分为两类：产生非成像红外数据的和携带专业核探测传感器的。与许多其他的测量与特征信号情报传感器的情况一样，某些太空传感器产生的测量与特征信号情报是为完成一个更为根本的任务的副产品，或者它们是专用的，作为有效载荷来携带，而且这些卫星通常不是由国家侦察局或情报界任何其他成员来运作的。
携带非成像红外传感器的卫星系统，包括国防支援计划（Defense Support Program, DSP）、天基红外系统（Space-Based Infrared System, SBIRS）和国家侦察局的高椭圆轨道运行的信号情报卫星。国防支援计划的卫星形成一个旧的遗留系统，正在被天基红外系统取代的过程中。另外，一个商业卫星已经为空军携带了一个非成像红外传感器。
国防支援计划卫星也装备了核爆（NUDET）探测传感器。另外，全球定位系统（GPS）的卫星、国防气象卫星计划（Defense Meteorological Satellite Program, DMSP）和类星体（QUASAR）项目也可以携带核爆传感器，但是不同的卫星携带的传感器对应非常不同的核爆信号（如X射线、光学伽马射线）。再者，有好几个商业卫星携带了多光谱和高光谱的图像传感器。
国防支援计划卫星的首要任务是使用一个红外传感器监控导弹的羽流、探测洲际弹道导弹（ICBMs）和潜射弹道导弹（SLBMs）的发射。20世纪70年代，人们发现国防支援计划卫星还可以探测到中程弹道导弹（如飞毛腿）的发射。导弹发射可能属于一个研究和发展项目，或者是军事演习，或者是一场真实的军事冲突。国防支援计划搜集工作产生的数据是围绕这类行动和战争期间特定目标的。另外，对国防支援计划红外数据的分析能够判断出正在燃烧的燃料，识别出与不同导弹系统相关的光谱信号。国防支援计划卫星还提供能够产生足量红外辐射的有关陆地事件的情报，例如弹药库、某种工业程序、飞机爆炸和坠毁。再者，国防支援计划卫星还被用来监控使用尾燃器飞行的飞机，尤其是冷战期间的苏联海军逆火式轰炸机，此项工作被称为“慢行者”计划（SLOW WALKER）。
国防支援计划卫星还提供核爆的情报。红外传感器能够探测地表核试验产生的热，在20世纪70年代法国和中国实施地上试验时就曾被探测到。另外，国防支援计划卫星携带了数个核爆传感器。高级辐射探测能力（Advanced Radiation Detection Capability, RADEC）Ⅰ型传感器系列包括辐射计、大气荧光探测器和一个X射线定位器系统。这种辐射计是一个光学传感器，其任务是探测一次核爆的火球所产生的明亮闪光。当高海拔或大气层外的核爆在地球大气层上部空间的低密度空气条件下造成热X射线之间相互作用，高级X射线荧光高度计传感器可记录到由此产生的可见（荧光）放射物的明亮脉冲。X射线定位器利用数个探测器测量来自近地大气层外核爆的X射线的方向和到达时间。由最新版定位器——高级大气爆炸定位器——提供的信息有助于估算出产额、位置、爆炸高度、爆炸次数和时间设置。这种估算比旧传感器产生的估算结果具有更小的不确定性，这些升级后的传感器能够探测到旧版本能达到的临界值以下的事件。而高级辐射探测能力Ⅱ型组件包括4个传感器：高级中子、高级瞬发伽马、高级缓发伽马和高级定向X射线光谱仪。
国防支援计划自1970年11月启动以来历经数代卫星。国防支援计划目前正在运行的卫星DSP-1号的长度为33英尺，直径为10英尺，重量为大约5300磅。完成探测工作的是直径39英寸、长度12英尺的施密特望远镜。它的焦点上有一个两维的硫化铅探测器列阵，可以探测到弹道导弹在飞行的加力阶段排气中散发出的能量。
卫星从佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射进入地球同步轨道。从20世纪70年代末到80年代的标准配置是三个卫星的星群，加上两个在轨的备用卫星，到了1984年则变为四个运行卫星的星群，分布在大西洋、欧洲、印度洋和太平洋的位置。另外，如果一个运行卫星发生问题，则可能重新启用一至两个退役卫星。到2014年底，国防支援计划至少有两个卫星似乎仍在运行中，飞行器20号（2000年5月9日发射，占据太平洋位置）和飞行器22号（2004年2月14日发射，占据东半球位置）。国防支援计划的最后一次发射是DSP-23号，时间是2007年11月9日，但没能成功产生一个运行卫星。
1995年，国防部和空军在数次反复之后，决定开始国防支援计划的后续项目，即天基红外系统。与国防支援计划一样，天基红外系统计划包括在地球同步轨道上的四个卫星和国家侦察局的两个高椭圆轨道卫星上的红外探测器。天基红外系统的第一个地球同步卫星GEO-1号于2011年5月7日从卡纳维拉尔角发射；GEO-2号于2013年3月19日也从同一地点发射。GEO卫星在轨道上重约5600磅，部署后的大小为48.6英尺×22.4英尺×19.7英尺。GEO-1号于2013年5月宣布完全运行，而GEO-2号于2013年11月也达到了同样的状态。到了2014年底，它们分别占据了太平洋和欧洲上方的位置。如上所述，三个高椭圆轨道传感器被发射到于2006年6月27日、2008年3月13日和2014年12月12日入轨的国家侦察局信号情报卫星上。GEO-3号和GEO-4号计划于2015年和2016年发射。
天基红外系统卫星配备有一个扫描传感器和一个监视传感器。扫描传感器完成战略导弹预警和全球技术情报任务以及战略导弹防御任务的初始阶段工作。监视传感器完成战区导弹预警和防御任务以及作战空间感知任务和特定领域的技术情报。天基红外系统在高椭圆轨道里的装备重量是600磅，包括一个扫描传感器。
国防支援计划的地面段最初包括三个专用地面站，一个位于科罗拉多州格里利的主要运行基地，负责运行六个地面移动终端，还有一个位于科罗拉多州劳里空军基地（Lawry Air Force Base, AFB）的国防支援计划多功能设施。专用地面站包括：位于科罗拉多州巴克利空军国民警卫队基地的美国本土（CONUS）地面站；位于澳大利亚伍默拉航空站的海外地面站（也被称为纳朗格联合防御设施）；位于德国卡普安的欧洲地面站。
1999年，位于纳朗格和卡普安的配备人员的地面站被关闭，由位于澳大利亚松树谷（太平洋中继站）和位于的英国曼威斯希尔（欧洲中继站）的无人管理“弯管”取而代之，后两者只是从国防支援计划卫星接收数据并转发给巴克利。位于巴克利的美国本土地面站已经被同样位于巴克利的天基红外系统的任务控制站（Mission Control Station, MCS）取代，由第2空间预警中队（Space Warning Squadron, SWS）管理。它也接收来自国防支援计划所有现存卫星的数据，或者直接接收或者通过卫星和/或电缆中转。巴克利基地还驻有空军技术应用中心的第45分遣队。驻扎巴克利的空军技术应用中心人员的职责，是处理由国防支援计划卫星提供的所有核爆数据。对高椭圆轨道段的地面控制，是由第11空间预警中队在位于科罗拉多州施里弗空军基地的备份任务控制站实施。国防支援计划/天基红外系统地面网络的其他组成还包括移动地面站，总部分别位于霍罗曼空军基地和新墨西哥（即将由天基红外系统生存持久进化项目所取代），以及位于欧洲和亚洲的联合战术地面站（JTAGs）。2013年，据称，联合战术地面站的职责将变为处理天基红外系统的数据。
巴克利接收到的数据会被转发给许多情报机构或预警中心，包括位于科罗拉多斯普林斯的联合太空行动中心（Joint Space Operations Center）、马里兰州米德堡的国防特别导弹和航天中心（Defense Special Missile and Aerospace Center）、弗吉尼亚州贝尔沃堡的国家地理空间情报局、俄亥俄州赖特·帕特森空军基地的国家航空航天情报中心（National Air and Space Intelligence Center）。2012年，美国空军太空司令部指挥官称，“国家航空航天情报中心的官员们每天都在分析天基红外系统第一颗卫星发来的（监视传感器的）数据”。2013年，国会批准了额外的费用，对来自天基红外系统监视传感器的技术情报和作战空间感知数据加强开发利用。
全球定位系统（GPS）是一个卫星群，其首要职能是为全世界的军用或民间客户提供导航数据。GPS的卫星从卡纳维拉尔角发射，在距地球约1.25万英里55度倾角的圆形轨道上运行。它们每12个小时环行地球一周。客户可以通过适当的装备使用GPS信号，可测定时间、位置和速度。这些信号“是如此的精准，以至于可以将时间精确至百万分之一秒，将速度精确为零点几英里每小时，将位置精确为100英尺以内”。
名义上，GPS星群是作为有24颗卫星的一个系统来设计和运行的，6个轨道平面，每一个平面至少有4颗卫星。但是，到2014年初，共有31颗卫星在轨，一个原因在于美国政府承诺保持卫星运行概率达95%，另一个原因是有数个卫星已经超出了预期寿命。
GPS主控中心设在科罗拉多州施里弗空军基地，在加利福尼亚州范登堡空军基地还有一个候补主控中心。GPS地面段六个专用的监测站，十个国家空间情报局监测站和四个具备向上传输能力的地面站。主控中心操作这些卫星并定期更新它们的导航信息。
除了首要功能之外，GPS卫星也通过搭载的核爆探测系统提供了另一种监测核爆的途径。核爆探测系统包括一个X射线探测器（可能结合了一个爆炸探测放射剂量计），电磁脉冲传感器（即辐射计）和一个数据处理装置，它们能够检测到任何时间世界任何地方的一次核武器爆炸，并将其位置锁定在100英尺以内。施里弗空军基地除了设有主控中心，还设有空军技术应用中心的46分遣队，负责为GPS的核爆任务提供支持。据称，核爆数据直接下传给位于迭戈加西亚、瓜加林环礁、阿森松岛、夏威夷卡埃纳点的地面站。
GPS最新版本的BlockⅡF卫星已经发射了7次，距今最近的是2012年10月和2013年5月，然后是2014年2月20日、5月17日、8月1日和10月29日。预期在2015年3月之后的10个月内进行4次发射，完成BlockⅡF卫星的部署，而第一颗BlockⅢ卫星要到2017年才能放入轨道。ⅡF卫星上的核爆探测设备包括V传感器，这是一个运行于低至中甚高频率范围内的宽带甚高频接收器，用于在全世界范围内持续地探测和地理定位核爆产生的电磁脉冲。V传感器在贮存时只有一盒香烟大小，一旦安置完成则达到6.5英尺长。当被测信号的振幅超出了在接收器带宽范围内预定数量子带的预设振幅时，就会触发来自V传感器的数据搜集工作。触发技术和一个相关联的数字信号运算法则一起，使该设备（1）触发并探测到强干扰人为载体影响下的微弱信号，（2）辨别和区分电磁脉冲与其他人为和自然发生事件。
最近几年，安置GPS探测系统的另一个可行性方式已经被发明出来，这个方式甚至可探测到地下核试验。科学家们能够在数分钟内判断出朝鲜2009年核试验，在周边国家的十一个GPS站点记录了电离层电子密度的变化。在其他试验中，对GPS数据的检查产生了相似的结果。一个仍然存在的问题是，如何将产生自核试验的电离层干扰与那些因地震和采矿爆破而产生的电离层干扰区分开来。
美国已经利用至少两个另外的卫星系统来携带核爆传感器：国防气象卫星计划（DMSP）和卫星数据系统（SDS）。国防气象卫星计划的卫星在过去几十年中曾携带空军技术应用中心的多个传感器。这些传感器包括单边带（SSB）伽马追踪器（追踪大气中的放射性尘埃和核碎片）、单边带伽马X射线探测器和单边带/幅度X射线光谱仪（探测爆炸碎片散发的X射线和伽马射线）和若干个能够监测电磁辐射的传感器。通常情况下，国防气象卫星计划有两个卫星运行在450海里的圆形轨道上。国防气象卫星计划的地面站位于新罕布什尔州新波士顿空军基地，格棱兰图勒空军基地，阿拉斯加州费尔班克斯和夏威夷卡埃纳点。这些地面站将数据传输给位于内布拉斯加州奥福特空军基地的空军气象局。
在天基红外系统的传感器被安置于高椭圆轨道信号情报卫星上之前，这类卫星（“弹射座椅”和“号角”）携带的是代码为“遗产”的红外传感器。这些传感器的功能是要在比国防支援计划传感器更为狭窄的时间框架内探测到红外排放，从而使探测苏联/俄罗斯可能开发任何速燃的反弹道导弹成为可能。这些传感器向情报界提供了额外的非成像红外情报，它们中有一些可能仍在轨道中运行。
20世纪70年代中期，美国决定在“卫星数据系统”（现称“类星体”）的中继卫星上应用核爆探测传感——至少是辐射计，从1978年8月发射的第三颗卫星开始。如第七章所言，“类星体”项目发射的卫星有地球同步轨道的，也有高椭圆轨道的。不知道国防气象卫星计划，或者卫星数据系统和“类星体”是否仍然携带核爆传感器，因为2010年空军技术应用中心的指导说明中只提及两个卫星系统作为美国核爆探测系统（USNDS）的组成部分：国防支援计划和全球定位系统。图9.1显示了卫星探测到的大气层试验所得出的预警报告样本。
图9.1 大气层试验所得出的预警报告样本
“数字地球”（Digital Globe）公司运行着多个商业卫星，它们与美国政府的卫星不同，产生的是多光谱和高光谱的图像。发射于2001年10月的“快鸟卫星”（Quickbird）在一个与太阳同步的280英里轨道上运行，产生具备8英尺分辨率的多光谱图像。“地球之眼-1”（GeoEye-1）卫星并购于空间成像公司，于2008年9月6日发射，进入422英里轨道，传送回来的是13英尺分辨率的多光谱图像。“数字地球”公司的“全球视界-2”（Worldview-2）卫星发射于2009年10月，运行在477英里轨道上，也产生6英尺分辨率的多光谱图像。“全球视界-3”的轨道高度为380英里，8波段多光谱，分辨率最低为4英尺。