从地面操作的测量与特征信号情报搜集系统涉及大量不同的目标，并采用多种不同的传感器系统。而且，测量与特征信号情报系统的地面传感器有适用于战略目标的，也有适用于战术目标的。关键的测量与特征信号情报地面收集系统，包括导弹探测追踪雷达和探测核爆的地震观测站。另外，美国陆军情报与安全司令部多年来一直运作着若干个战术性测量与特征信号情报收集系统。再者，秘密测量与特征信号情报行动包括将测量与特征信号情报系统的传感器放置于战略位置和对准特定目标。
空军有一至两个部门多年来一直操控着阿拉斯加州谢米亚岛的“眼镜蛇邓恩”（COBRA DANE）相控阵雷达。苏联解体之前，“眼镜蛇邓恩”的首要目标被描述为“获得正在开发中的苏联弹道导弹武器系统的精确雷达量测和信号数据，用于确定该武器系统的特性。苏联在堪察加半岛和太平洋进行的开发性实验，是美国在苏联开发性项目初期搜集到这类数据的主要来源”。1997年，它的任务被描述为“搜集俄罗斯弹道导弹的精确外大气层雷达量测和信号数据”。据估计，对俄罗斯洲际弹道导弹的探测率接近100%。2011年11月，国家情报总监詹姆斯·克拉珀同意终止“眼镜蛇邓恩”的情报任务的提案，并将其移交给了空军太空司令部，后者继续将其用于太空监视和导弹防御目的。“眼镜蛇邓恩”的导弹预警任务，使其成为整合战术预警和攻击评估网络的组成部分。它提供所有的“撞击地球目标物”预警，包括瞄准美国的导弹。它的第二个任务是太空目标物的追踪和识别——这个内容将在第十章中讨论。
另一种应用于苏联和俄罗斯导弹探测和追踪的雷达于1964年建立于塞浦路斯的奥林匹亚山。它被称为“眼镜蛇鞋子”，1994年时，它被描述为“地基高频超视距雷达，提供俄罗斯测试靶场的范围、距率、目标上空相对方位”。显然它也被用于监控伊拉克的导弹发射，可能还有来自中东其他国家的导弹发射，包括伊朗和以色列。
美国还运作了数个X波段雷达，监控亚洲和中东的导弹发射，为情报和导弹防御目的提供数据。这类雷达重达34吨，大约有43英尺长，能够区别超出620英里以外的不同种类的弹头。有一个雷达部署在日本青森县津轻的车力通信站点。2014年12月，国防部宣称将在日本中部地区的京丹后市部署第二个X波段雷达系统。这个将要部署的系统是为了监控朝鲜的导弹发射。美国还在以色列西南部的可人山（Mount Keren）顶部署了一个X波段雷达，指向东北方向的伊朗。这个地方配备了大约100名美国军队现役人员。到了2012年初，美国又在土耳其东南部部署了一个X波段雷达。
第二类地面站是由美国空军技术应用中心操作，用于监控禁止核试验条约的执行情况并搜集核情报。《部分禁试条约》禁止在大气层中进行核试验，《门槛禁试条约》将核试验限定在核当量150千吨级以下的地下核试验，而《全面禁试条约》则禁止一切核试验。根据美国空军技术应用中心官方历史记载，“美国原子能探测系统在探测地下核爆时，唯一真正有效的技术”是地震方面的技术。
地震探测所依据的事实是，核爆同地震一样，所产生的波能够通过地下（体波）或沿着地面（地面波）传播很远的距离。距离核爆点相当远距离（1240英里以上）的地震仪或地震探测阵列能够记录下远震的体波和地面波。当波到达地震观测站时，地震仪会记录由此带来的地面运动并生成地震图。
对数据的分析包含区分地震（由两大岩石板块的相互滑动而引起）和核爆（一个点源），滤除背景噪声和设备噪声，以及适时将地震信号变换成对爆炸当量的估算。进行这种变换不只要求应用数学公式，而且需要有关测试场地地质情况的数据，因为在比较稳定的地质结构中发生的扰动，比之消融的地质结构，会产生更强烈的体波。
当距离事件发生地625英里以内时，大于数千吨级当量的爆炸容易与地震区别开来。而距离再远时两者区分起来就变得困难得多。而且，对地震信号的实际记录会受到设备噪声和自然背景噪声的干扰，而后者限定了可探测性。这些限制条件需要额外费用，用于为观测站或设备选定合适的位置，并开发出在任何位置都能提高信噪比的技术。地基监控设备最简单的形式是地震仪，基本构成为一块固定在地面的磁铁和一个用弹簧悬吊起来的、带有电线圈的重物。据斯德哥尔摩国际和平研究院（SIPRI）所定义的，“当地震波使地面及固定在地上的磁铁发生震动时，带电线圈的重物几乎不受影响。于是磁铁与线圈的相对运动就会在线圈上产生电流，电流的大小与它们之间的相对速度成正比。”提高信噪比的一种方法是将几个地震仪构成一个阵列。采用这种阵列能够用许多地震仪来记录地震波，增加可能分析的数据组。
美国空军技术应用中心将以前由美国管理的地震观测站移交给了当地政府，根据双方的安排，依照《全面禁试条约》的条款规定，美国空军技术应用中心可以获得来自更多站点的数据。《全面禁试条约》建立了一个国际监控系统（IMS），由各国家管理的站点组成，采用地震和其他相关技术。这些站点（例如挪威的ARCESS和芬兰的KEV）所获得的数据和提供的任何附加数据，全都要传输到位于奥地利维也纳的国际数据中心（IDC）。根据条约的条款规定，每个参与国都可以接收传输到国际数据中心的所有数据。早在签署《全面禁试条约》之前，美国空军技术应用中心的工作，就已开始从只依靠自己管理的站点转变为依赖于自己管理的和盟国政府机构管理的结合。大多数盟国的站点以前是由美国空军技术应用中心管理，或由该中心为当地政府建立的部门管理。由美国空军技术应用中心管理的地震阵列和地震仪分布在全世界。中心的每个分遣队都拥有宽带地震探测手段，负责每天24小时地探测、记录和分析发生在自己责任区域内的所有地震活动。
美国空军技术应用中心的地震探测工作由中心所属的“分布地下网络”（AFTAC Distributed Subsurface Network, ADSN）实施，这个网络由6个子系统和支持网络组成。分布地下网络的搜集单位是地震场子系统（Seismic Field Subsystem, SFS），其设备所在地包括：加拿大剑桥湾镇（设备位置EL079）、加拿大弗林弗伦（EL224）、德国拉姆斯坦因空军基地（第319分遣队）、日本横田空军基地（第402分遣队）、泰国清迈（第415分遣队，OL-CW在曼谷）、澳大利亚艾利斯斯普林斯（第421分遣队）、韩国原州航空站（第452分遣队）、阿拉斯加州艾尔森空军基地（第460分遣队）以及在拉吉塔斯、抄夫特尔和马拉松的美国南部站点（分别为EL190、191、I92）。
位于西班牙松塞卡的原第313分遣队已于1996年1月移交给了西班牙政府。根据美国空军技术应用中心与西班牙国家地理学会之间签订的谅解备忘录，美国空军技术应用中心继续接收来自这个站点的数据，这个站点包括两个地震阵列：一个由19个仪器构成的短周期阵列覆盖了大约125平方公里的地区，另一个由6个仪器构成的长周期阵覆盖了大约1250平方公里的地区。
在泰国清迈的第415分遣队，实际是由泰国皇家海军（RTN）水文局管理，这是根据美国空军与泰国皇家海军之间签订的一个备忘录协议而决定的。这个分遣队有一个18个仪器组成的短周期阵列，用于探测垂直地动。一个5个仪器组成的长周期阵列既用于探测垂直地动，也用于探测水平地动。
艾尔森空军基地的第460分遣队一直管理着整个阿拉斯加州内7个阵列中的45个地震观测站，最远的站离艾尔森有2000英里。这个分遣队搜集的地质数据是供给美国原子能探测系统的数量中最大一部分的联合数据。韩国原州航空站的第452分遣队在非军事区以南50英里，它所管理的地震阵列是第二大阵列。阵列布置在韩国北部中央地区的600平方英里范围内。一个由19部仪器组成的短周期阵列，探测垂直质点运动用于波的能量测量。由6个地震仪器构成的一个长周期阵列，测量垂直与水平地质点运动，以进行事件识别和波能量测量。两个阵都有助于对地震量级做出精确计算。
在澳大利亚艾利斯斯普林斯的设施代号为“橡树”，由第421分遣队管理。这个设施的官方名称是联合地质和地理研究站（Joint Geological and Geophysical Research Station），但是澳大利亚并没有参与其中。在这个分遣队的东北方向1.5英里处有一个地下地震阵列，由22个探测器排列成圆形组成，分布范围大约7英里。其中13个地震仪埋在地下大约200英尺的深处，用于接收穿过地表层传输的长周期波。余下的地震仪埋在深1.1英里的地下，用于检测在地表层和地心传输的短周期波。这些地震仪通过电缆连接到一个中央记录站，在这里将信号进行处理，显示出波的传播方向和速度以及地动的量级。
美国空军技术应用中心还从其建立在南半球的观测站获得地震数据，但这些站点是由外国政府管理。最早名为“全球遥测地震网”（Global Telemetered Seismic Network, GTSN），后来被改称为“辅助地震网”（Auxiliary Seismic Network, ASN），现在被称为“美国空军技术应用中心南部网”（AFTAC Southern Network, ASN）。全球遥测地震网于1995年1月投入使用，而现在的辅助地震网包括南美的4个站（巴西、巴拉圭、阿根廷和玻利维亚）、非洲4个站（南非、博茨瓦纳、中非共和国和象牙海岸）、南极洲1个站，还有1个位于阿尔伯克基地震实验室、用于测试和调试的实验站。
地震信号包括了来自“国际监控系统”（IMS）94个站点的所有信号，据国家情报总监办公室的新闻稿声称，这些信号也提供了有关朝鲜2013年2月核试验的证据，且显出它“大约有数千吨当量”。图9.2显示根据美国空军技术应用中心地震观测站上报的数据完成的一份预警报告样本。
图9.2 预警报告文本样本：独联体/中国地下实验点事件
除了收集地震数据外，美国空军技术应用中心的各分地面站也属于一个微粒取样（或称作“地面过滤装置”Ground Filter Unit, GFU）网络，该网络是为了支持和加强空中取样而建立的。GFU是一种电力驱动的地基空气过滤装置。该装置将空气吸入一个过渡锥体，在其中空气会通过一张过滤纸，然后再重新回到大气层。留有微粒的滤纸被取出并用于分析和分类。
美国空军技术应用中心设在艾尔森空军基地的第460分遣队属于GFU网络。它还运行着B/20-5，这是一种自动低温蒸馏设备，采用低温来分离大气中的稀有元素（气体）。该设备可以按预设的24小时（或是多个24小时）模式连续运转，最多可达7天。样本被收集在一个800cc的金属容器中以待后继分析。
对监控《全面禁试条约》履行情况的预期，导致了部署核爆探测监控附加系统的计划。为了支持全面禁试条约监控，需要建立的国际监视系统（IMS）预计有337个监控设施，包括地震学、放射性同位素、水声学和次声设施。计划在全世界建设80个地基放射性同位素搜集站点中，美国将负责其中的11个。这类站点的关键设备是放射性同位素悬浮微粒取样器/分析器（Radionuclide Aerosol Sampler/Snalyzers），它推动大量的空气穿过6卷过滤纸条，这些纸条在经过一个衰减期后，再由机械操作通过一个伽马射线探测器。滤纸会捕捉核爆释放于大气中的放射性元素，其在大气中会存留好几天。
雷达和地震观测站（无论是由美国管理的，还是由盟国管理的，或是属于某个国际体系）并不依赖于隐密的工作方式。另一类地基测量与特征信号情报传感器是固定或移动的秘密传感器，安置在目标附近搜集情报。中央情报局有一个代号为“CKABSORB”的项目，主要内容是将辐射探测装置秘密放置在穿越西伯利亚铁路的货物上，收集铁道附近的导弹散发的辐射，从而判断出每个导弹上的弹头数量。中央情报局更近时期的一次秘密测量与特征信号情报行动，可能是以伊朗位于弗多的核设施为目标，因为在那儿发现了一个伪装成岩石的监控装置（但是也可能是英国或以色列的行动）。