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以希腊狩猎之神为名的“P-3C猎户座”飞机在广泛用于陆地成像侦察之前，主要是用于反潜作战的飞机。P-3C上最多可携带84个声纳浮标，属于可投入水中的消耗性声纳系纳。其中48个要在起飞前就预先设定好并装入外部发送管。余下的36个携带在飞机内部，在任务过程中再选择它们的工作渠道。多数声纳浮标可以选择工作深度和传输时间的长度。P-3C上的声音监听人员最多可以同时监听16个声纳浮标。一部声纳型记录仪可以记下所有声音数据供查询，以便再现任务的细节。
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P-3C上除了声浮标以外，还有几种非声音的探测系统。它携带的磁异常探测器（Magnetic Anomaly Detector, MAD）与潜艇异常常探测器（Submarine Anomaly Detector）一起用来确定是否发现了已知潜艇的磁属性。为了取得良好的MAD读数，飞机必须在水面以上200-300英尺左右飞行。AN/APS-115型空中搜索雷达用于探测水面上船只或是潜艇反射回来的雷达回波，找出水线位置的潜望镜。
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总共有5架P-3C飞机经过特殊设置用于收集、分析和记录有关苏联潜艇、声呐和水下通信设备的高品质声音数据。这些飞机代号为“熊陷阱”，飞行距离可达4000海里，工作高度为200-10000英尺，续航时间为12小时。在1994财政年度期间强化了“熊陷阱”的反潜战能力，重点在沿海/区域冲突环境下。
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另一型号的P-3C飞机被称为“暗礁点”、“大三角帆”以及最新名称“铁甲衣”，它是一种四引擎的涡轮螺旋桨飞机，飞行高度可达28000英尺，飞行速度为250节，续航时间最多达12小时（但不可以空中加油）。它被描述为“利用多用传感器对海上和沿海目标进行全天候24小时的、全球的科学和技术搜集”，以支持联合特遣部队、舰队和海上行动。过去，飞机上携带了各种各样的传感器。最近，飞机上的传感器还包括了定向低频分析和记录系统，能够依靠声浮标信号将目标定位在实际目标位置的10-15度之内，还包括了电光的战术光学监视系统。在自适应频谱侦察计划（Adaptive Spectral Reconnaissance Program）下，飞机还装备了高光谱传感器。
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许多年来，四架“铁甲衣”飞机平均分配给了设在缅因州海军航空站的特别侦察巡逻中队-1（VPU-1）和设在夏威夷卡内奥赫湾海军陆战队航空基地的特别侦察巡逻中队-2（VPU-2）。2011年，特别侦察巡逻中队-1重新驻扎于杰克逊维尔航空站。该中队主要进行大西洋和地中海的侦察任务，而特别侦察巡逻中队-2则负责太平洋和印度洋战区的侦察任务。2012年，特别侦察巡逻中队-1被解散，飞机和人员被移交给特别侦察巡逻中队-2。在“沙漠风暴”行动中，“铁甲衣”曾被用于拍摄伊拉克防御工事的照片，收集伊拉克的电子作战时间表数据，搜寻移动的飞毛腿导弹。它们还被用于监视中国和菲律宾对南沙群岛归属争议问题的发展。
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如上所述，P-3C正在被“P-8A海神”多用途飞机逐步取代。P-8A的测量与特征信号情报传感器包括一个“有源多基地和无源声音传感器系统”和一个数字磁异常探测器。
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空中取样曾经被普遍用于探测大气层核爆炸所散发的或者地下核试验所“泄露出来”的原子微粒。空中取样行动采用的飞机包括U-2、P-3、WC-135和B-52。如今只有WC-135仍在执行这项任务。
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空军的库存清单上有两架“WC-135不死凤凰”飞机，都位于奥福特空军基地。它们的欧洲任务被称为“希腊凤凰”，太平洋任务被称为“遥远的凤凰”。座舱机组人员选自奥福特的第45侦察中队，特殊设备操作员则来自同样驻扎在奥福特的空军技术应用中心的第一分遣队。飞机拥有“外部流入式装置以搜集滤纸上的微粒，还有一个压缩系统可搜集有效范围内整个空气的样本”。飞机长度超过139英尺，翼幅大于130英尺，高度达42英尺。飞机航程为4000海里，上升限度为40000英尺。
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麦克科雷兰空军基地的第55气象侦察中队（WRS）派出的飞机被用来监控1986年切尔诺贝利事故泄露出来的核尘埃，这项任务被称为“特殊事件86-05”。这种飞机驻扎在米尔登霍尔皇家空军基地，在德国、瑞士、意大利和地中海等地的上空执行飞行任务。1992年5月21日，中国在罗布泊进行的核实验产生了一大片放射性气体云，6月初时散布到了日本海上空。一架WC-l35飞入这片放射性气体云搜集了核微粒。WC-135可能也被用来监控西伯利亚核设施在1993年7月渗漏出钚元素带来的影响。1998年5月印度几个核装置爆炸发生之后，WC-135飞机被派往迭戈加西亚执行空中取样任务。2006年10月，朝鲜宣布实施了一次核试验后，WC-135接到命令从嘉手纳空军基地出发前往日本海上空收集大气样本。2011年3月，日本受到地震和海啸的打击，美国对此的反应措施之一就是启用WC-135。在日本福岛第一核电站泄露事故产生影响的早期阶段中，WC-135执行了9次任务并分析了660份样本，这些样本被提交给了能源部国家实验室以作进一步分析。2013年2月，WC-135被派去收集朝鲜第三次核试验产生的碎片。
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2011年，雷神（Raytheon）公司向空军提交了被称为“AN-DGS-68”的第一个高光谱空中提示与探索系统（Airborne Cueing and Exploitation System Hyperspectral, ACES-HY），据说准备用于前往阿富汗执行任务的“MQ-1捕食者”。它能够搜集从近可见红外到中波红外边界频谱的数据，这使得它可以识别来自简易爆炸装置生产设施，包括“羽状物”或气溶胶的所有伪装。
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地面搜集
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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）。
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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。
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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。
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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。
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