美國政府運作了若干個攜帶測量與特徵信號情報感測器的衛星系統。這些感測器分為兩類：產生非成像紅外數據的和攜帶專業核探測感測器的。與許多其他的測量與特徵信號情報感測器的情況一樣，某些太空感測器產生的測量與特徵信號情報是為完成一個更為根本的任務的副產品，或者它們是專用的，作為有效載荷來攜帶，而且這些衛星通常不是由國家偵察局或情報界任何其他成員來運作的。
攜帶非成像紅外感測器的衛星系統，包括國防支援計畫（Defense Support Program, DSP）、天基紅外系統（Space-Based Infrared System, SBIRS）和國家偵察局的高橢圓軌道運行的信號情報衛星。國防支援計畫的衛星形成一個舊的遺留系統，正在被天基紅外系統取代的過程中。另外，一個商業衛星已經為空軍攜帶了一個非成像紅外感測器。
國防支援計畫衛星也裝備了核爆（）探測感測器。另外，全球定位系統（GPS）的衛星、國防氣象衛星計畫（Defeeical Satellite Program, DMSP）和類星體（QUASAR）項目也可以攜帶核爆感測器，但是不同的衛星攜帶的感測器對應非常不同的核爆信號（如X射線、光學伽馬射線）。再者，有好幾個商業衛星攜帶了多光譜和高光譜的圖像感測器。
國防支援計畫衛星的首要任務是使用一個紅外感測器監控導彈的羽流、探測洲際彈道導彈（ICBMs）和潛射彈道導彈（SLBMs）的發射。20世紀70年代，人們發現國防支援計畫衛星還可以探測到中程彈道導彈（如飛毛腿）的發射。導彈發射可能屬於一個研究和發展項目，或者是軍事演習，或者是一場真實的軍事衝突。國防支援計畫搜集工作產生的數據是圍繞這類行動和戰爭期間特定目標的。另外，對國防支援計畫紅外數據的分析能夠判斷出正在燃燒的燃料，識別出與不同導彈系統相關的光譜信號。國防支援計畫衛星還提供能夠產生足量紅外輻射的有關陸地事件的情報，例如彈藥庫、某種工業程序、飛機爆炸和墜毀。再者，國防支援計畫衛星還被用來監控使用尾燃器飛行的飛機，尤其是冷戰期間的蘇聯海軍逆火式轟炸機，此項工作被稱為「慢行者」計畫（SLOW WALKER）。
國防支援計畫衛星還提供核爆的情報。紅外感測器能夠探測地表核試驗產生的熱，在20世紀70年代法國和中國實施地上試驗時就曾被探測到。另外，國防支援計畫衛星攜帶了數個核爆感測器。高級輻射探測能力（Advanced Radiatioion Capability, RADEC）Ⅰ型感測器系列包括輻射計、大氣熒光探測器和一個X射線定位器系統。這種輻射計是一個光學感測器，其任務是探測一次核爆的火球所產生的明亮閃光。當高海拔或大氣層外的核爆在地球大氣層上部空間的低密度空氣條件下造成熱X射線之間相互作用，高級X射線熒光高度計感測器可記錄到由此產生的可見（熒光）放射物的明亮脈衝。X射線定位器利用數個探測器測量來自近地大氣層外核爆的X射線的方向和到達時間。由最新版定位器——高級大氣爆炸定位器——提供的信息有助於估算出產額、位置、爆炸高度、爆炸次數和時間設置。這種估算比舊感測器產生的估算結果具有更小的不確定性，這些升級後的感測器能夠探測到舊版本能達到的臨界值以下的事件。而高級輻射探測能力Ⅱ型組件包括4個感測器：高級中子、高級瞬發伽馬、高級緩發伽馬和高級定向X射線光譜儀。
國防支援計畫自1970年11月啟動以來歷經數代衛星。國防支援計畫目前正在運行的衛星DSP-1號的長度為33英尺，直徑為10英尺，重量為大約5300磅。完成探測工作的是直徑39英寸、長度12英尺的施密特望遠鏡。它的焦點上有一個兩維的硫化鉛探測器列陣，可以探測到彈道導彈在飛行的加力階段排氣中散發出的能量。
衛星從佛羅里達州的卡納維拉爾角發射進入地球同步軌道。從20世紀70年代末到80年代的標準配置是三個衛星的星群，加上兩個在軌的備用衛星，到了1984年則變為四個運行衛星的星群，分布在大西洋、歐洲、印度洋和太平洋的位置。另外，如果一個運行衛星發生問題，則可能重新啟用一至兩個退役衛星。到2014年底，國防支援計畫至少有兩個衛星似乎仍在運行中，飛行器20號（2000年5月9日發射，佔據太平洋位置）和飛行器22號（2004年2月14日發射，佔據東半球位置）。國防支援計畫的最後一次發射是DSP-23號，時間是2007年11月9日，但沒能成功產生一個運行衛星。
1995年，國防部和空軍在數次反覆之後，決定開始國防支援計畫的後續項目，即天基紅外系統。與國防支援計畫一樣，天基紅外系統計畫包括在地球同步軌道上的四個衛星和國家偵察局的兩個高橢圓軌道衛星上的紅外探測器。天基紅外系統的第一個地球同步衛星GEO-1號於2011年5月7日從卡納維拉爾角發射；GEO-2號於2013年3月19日也從同一地點發射。GEO衛星在軌道上重約5600磅，部署後的大小為48.6英尺×22.4英尺×19.7英尺。GEO-1號於2013年5月宣布完全運行，而GEO-2號於2013年11月也達到了同樣的狀態。到了2014年底，它們分別佔據了太平洋和歐洲上方的位置。如上所述，三個高橢圓軌道感測器被發射到於2006年6月27日、2008年3月13日和2014年12月12日入軌的國家偵察局信號情報衛星上。GEO-3號和GEO-4號計畫於2015年和2016年發射。
天基紅外系統衛星配備有一個掃描感測器和一個監視感測器。掃描感測器完成戰略導彈預警和全球技術情報任務以及戰略導彈防禦任務的初始階段工作。監視感測器完成戰區導彈預警和防禦任務以及作戰空間感知任務和特定領域的技術情報。天基紅外系統在高橢圓軌道里的裝備重量是600磅，包括一個掃描感測器。
國防支援計畫的地面段最初包括三個專用地面站，一個位於科羅拉多州格里利的主要運行基地，負責運行六個地面移動終端，還有一個位於科羅拉多州勞里空軍基地（Lawry Air Force Base, AFB）的國防支援計畫多功能設施。專用地面站包括：位於科羅拉多州巴克利空軍國民警衛隊基地的美國本土（US）地面站；位於澳大利亞伍默拉航空站的海外地面站（也被稱為納朗格聯合防禦設施）；位於德國卡普安的歐洲地面站。
1999年，位於納朗格和卡普安的配備人員的地面站被關閉，由位於澳大利亞松樹谷（太平洋中繼站）和位於的英國曼威斯希爾（歐洲中繼站）的無人管理「彎管」取而代之，後兩者只是從國防支援計畫衛星接收數據並轉發給巴克利。位於巴克利的美國本土地面站已經被同樣位於巴克利的天基紅外系統的任務控制站（Mission trol Station, MCS）取代，由第2空間預警中隊（Space Warning Squadron, SWS）管理。它也接收來自國防支援計畫所有現存衛星的數據，或者直接接收或者通過衛星和/或電纜中轉。巴克利基地還駐有空軍技術應用中心的第45分遣隊。駐紮巴克利的空軍技術應用中心人員的職責，是處理由國防支援計畫衛星提供的所有核爆數據。對高橢圓軌道段的地面控制，是由第11空間預警中隊在位於科羅拉多州施里弗空軍基地的備份任務控制站實施。國防支援計畫/天基紅外系統地面網路的其他組成還包括移動地面站，總部分別位於霍羅曼空軍基地和新墨西哥（即將由天基紅外系統生存持久進化項目所取代），以及位於歐洲和亞洲的聯合戰術地面站（JTAGs）。2013年，據稱，聯合戰術地面站的職責將變為處理天基紅外系統的數據。
巴克利接收到的數據會被轉發給許多情報機構或預警中心，包括位於科羅拉多斯普林斯的聯合太空行動中心（Joint Space Operatioer）、馬里蘭州米德堡的國防特別導彈和航天中心（Defense Special Missile and Aerospace ter）、弗吉尼亞州貝爾沃堡的國家地理空間情報局、俄亥俄州賴特·帕特森空軍基地的國家航空航天情報中心（National Air and Spatelligence ter）。2012年，美國空軍太空司令部指揮官稱，「國家航空航天情報中心的官員們每天都在分析天基紅外系統第一顆衛星發來的（監視感測器的）數據」。2013年，國會批准了額外的費用，對來自天基紅外系統監視感測器的技術情報和作戰空間感知數據加強開發利用。
全球定位系統（GPS）是一個衛星群，其首要職能是為全世界的軍用或民間客戶提供導航數據。GPS的衛星從卡納維拉爾