偵察衛星是用於獲取軍事情報的人造地球衛星。這種衛星利用光電遙感器或無線電接收機等偵察設備，從軌道上對目標實施偵察、監視或跟蹤，以及收集地面、海洋或空中目標的情報。偵察衛星收集到的目標輻射、反射或發射出的電磁波資訊，用膠片、磁帶等記錄器存儲于返回艙內，在地面回收，或者通過無線電傳輸方式實時或延時傳送回地面接收站，而後經光學、電子設備和計算機等處理加工，從中提取有價值的情報。偵察衛星的偵察面積大、範圍廣、速度快、效果好，可以定期或連續監視，不受國界和地理條件限制，能獲取用其他手段難以獲得的情報，對軍事、政治、經濟和外交等均有重要作用。自1960年偵察衛星問世以來，它已成為有能力發射這類衛星的國家獲取情報的有效工具，是現代資訊化戰爭中的重要軍事裝備。根據執行的任務和攜帶的偵察設備的不同，偵察衛星一般分為照相偵察衛星、電子偵察衛星、海洋監視衛星和飛彈預警衛星。為滿足實戰要求，及時準確地獲取情報，偵察衛星正向以下幾個方向發展：①提高偵察資訊質量，包括提高空間分辨率和時間分辨率，擴展偵察譜段，在全電磁譜段內實施偵察；②力求快速和及時，實時或近實時地將偵察資訊傳送回地面提供應用；③衛星組成星座，增強綜合偵察能力；④星上設備小型化、輕型化；⑤延長衛星工作壽命；⑥增強衛星生存能力。
偵察衛星的應用在近幾場高技術局部戰爭中得到了充分體現。美國在海灣戰爭和科索沃戰爭中共投入各種衛星50～70顆，其中近一半是偵察衛星。1990年7月29日，即伊拉克入侵科威特前4天，美國的電子偵察衛星探測到伊南部的一部蘇制雷達開始工作。原本這部雷達是用來監視伊朗的空中活動，1989年隨著「兩伊」戰爭結束而停止工作，其出乎異常的重新工作表明伊軍將有重大活動。隨後，美國的照相偵察衛星又拍攝到伊軍進入科威特的照片。在海灣戰爭中，美國的一顆電子偵察衛星專門監聽薩達姆與前線部隊的通話，瞭解伊軍的作戰情況。而飛彈預警衛星也為「愛國者」地空飛彈提供了「飛毛腿」彈道飛彈的預警資訊。
（1）照相偵察衛星 照相偵察衛星分為返回型和傳輸型兩種，它裝有可見光相機、電視攝像機或合成孔徑雷達等，藉助照相機和感光膠片攝取的可見光圖像、近紅外圖像和多光譜圖像；藉助側視雷達獲取目標的微波圖像。所獲取的圖像資訊記錄在膠片或磁記錄器上，通過地面回收膠片艙，或用無線電傳輸方式實時或延時送回地面，再經加工處理和判讀，識別出軍事目標並確定其位置。返回型照相偵察衛星的分辨率較高，偵察效果直觀，但最大缺陷是無法實時獲得偵察資訊，容易貽誤戰機。隨著技術的不斷發展，傳輸型成像偵察衛星已發展成為偵察衛星的主力。典型的傳輸型成像偵察衛星主要有美國的「鎖眼」—11、「鎖眼」—12、「長曲棍球」雷達成像衛星和「8X」衛星，俄羅斯的混編於「宇宙」系列的第五代和第六代照相偵察衛星以及法國的「太陽神」—1偵察衛星。
①「鎖眼」—12（KH—12）：這是美國第六代照相偵察衛星，也是當前世界上分辨率最高的傳輸型照相偵察衛星。它在KH—11的基礎上改進而成，也稱「高級鎖眼」—11。這種型號1989年8月首次發射，2001年10月5日發射了第5顆，使在軌工作衛星達到3顆。KH—12衛星重16.9～18噸，工作軌道和外形與KH—11相似，圓筒體結構（鏡頭）類似於「哈勃」太空望遠鏡，直徑4.5米，外加一臺提供機動變軌的大型火箭發動機，總長超過15米（「哈勃」望遠鏡僅長13米）。它與KH—11的最大區別是可攜帶更多的燃料，機動變軌能力更強，壽命更長。KH—12裝有數字攝像機和電子信號接收機，可覆蓋地球表面的80％，並拍攝出清晰照片；還可進行電子偵察，竊聽地面各種通信、電視和雷達信號。KH—12採用了數字式圖像傳輸技術。它利用電荷耦合器件（CCD）成像，由星載模數轉換器把模擬信號轉換成數字信號，再經由中繼衛星直接轉發到地面判讀中心，並轉換成圖像顯示在大螢幕上。它實現了資訊傳輸的數字化，大大提高了情報獲取的時效性，並延長了衛星的工作壽命。由於採用了最尖端的電子設備，其圖像質量可與返回型衛星的圖片相媲美，分辨率接近10厘米。KH系列衛星的缺點是受天氣影響大，無法在夜間工作，有時不能執行偵察任務。克服了KH系列衛星缺點的是「長曲棍球」合成孔徑雷達成像偵察衛星。
②「長曲棍球」合成孔徑雷達成像偵察衛星：1988年12月美國用航天飛機首次發射了第一顆，軌道傾角57度，1991年3月用「大力神」—4運載火箭發射了第二顆，軌道高度683米，傾角68度。這兩顆衛星配對工作，偵察不同的地區。「長曲棍球」衛星上裝有較大的雷達天線和發射機，標準模式下其分辨率為3米，精掃模式為1米。其兩側的太陽能電池翼對稱垂直於星體，展開後「翼展」達50米，功率達10～20千瓦，超過其他任何衛星。目前「長曲棍球」改進後的精掃模式分辨率提高到10厘米，與KH—12相差無幾。由於雷達靠自身發射電磁波，因此不論白天黑夜，都可以對目標成像，更由於雷達波的波長比可見光和紅外波波長得多，故可以「穿雲撥霧」進行全天候和全天時偵察，效率比照相偵察衛星提高一倍。「長曲棍球」合成孔徑雷達成像偵察衛星具有識別偽裝、對動態軍事目標和軍事活動實施偵察、跟蹤和監視的能力。
（2）電子偵察衛星 電子偵察衛星是用於偵收雷達、通信和武器遙測系統發出的電磁信號，並測定信號源位置的偵察衛星。衛星上的電子偵察設備由天線、接收機和終端設備組成。電子偵察衛星不受地域和天氣條件的限制，覆蓋面積大，偵察距離遠，能對大面積區域長期偵察和監視，獲取高實效性情報。電子偵察衛星按偵察對象的不同，分為雷達情報偵察衛星和通信情報偵察衛星。按用途不同，可分成普查型和詳查型衛星。按對信號源定位體制的不同，可分成單星定位制和多星定位制衛星。
（3）海洋監視衛星 海洋監視衛星是用來監視海面艦船和潛艇活動的偵察衛星。其主要功能有：截收艦船、潛艇通信信號、雷達信號、武器遙測信號（如艦載巡航飛彈）等；艦船、潛艇無線電發射源定位；艦船目標外形和類別的成像偵察；海洋環境監測等。按星上遙感器的作用方式不同，分為電子偵察型（被動型或無源型）和雷達型（主動型或有源型）海洋監視衛星。電子偵察衛星偵收船隻、潛艇的雷達信號、通信信號和武器遙測信號，利用多顆衛星以時差定位法測定船隻的位置、航嚮和航速。為探測潛艇，還裝備有偵測潛艇尾跡的微波輻射儀和紅外掃描儀。雷達型衛星裝備合成孔徑雷達能全天候工作，偵察船隻的外形和位置，多次探測數據和能有效減小或消除海面反射雜波的干擾。為達到最佳偵察效果，一般由主動型和被動型衛星協同工作。海洋監視衛星未來的發展趨勢是提高對艦船、潛艇的定位精度；成像遙感器向多光譜、超光譜方向發展：衛星任務從單一型向綜合型發展，提高星上處理能力，增強資訊融合能力，利用成像偵察和電子偵察的融合資訊完成海洋監視功能。目前擁有海洋監視衛星的國家有美國、俄羅斯和日本等。
美國「白雲」海洋監視衛星也稱「海軍海洋監視衛星」（NOSS），是美國空間海洋監視的主力。最新型的「白雲」衛星採用一箭四星（1主3子）的發射方式，星上載有被動射頻接收機、全向電子資訊天線陣、多通帶濾波器、倍頻檢波器和數據轉發設備等大量先進儀器。「白雲」衛星的全向電子資訊天線工作在154～10500兆赫頻段內，可截獲足夠強的電磁脈衝信號。衛星運行在中低軌道，每組星可監視7000千米範圍內的信號。每組3顆子星成三角形配置工作，利用接收資訊的時差原理進行定位，定位資訊經主星處理後傳回地面。各組之間保持一定距離，互相協同工作，定位精度可達2000米。「白雲」衛星軌道傾角63.4度，可監視南緯63.4度到北緯63.4度間的所有海域。星座中的4組衛星交替監視同一海域，每天重複30多次，具有連續監視能力。衛星獲取的資訊經主星處理後，可及時傳回地面和海上艦船。主星上有4臺發射機，其中3臺用於傳輸偵察數據，可實現實時或近實時的監視。
「白雲」衛星已多次在局部戰爭中得到廣泛應用。英阿馬島戰爭中，它曾為英國艦隊提供了阿根廷海軍艦艇的情報。海灣戰爭中，它曾截獲到伊拉克艦艇發射的無線電和雷達信號，測定了其位置、航嚮和航速，並連續跟蹤，同時為多國部隊指示海上攻擊目標，效果良好。科索沃戰爭期間，它監視了南聯盟和俄羅斯的艦艇的海上活動情況，阻止了俄羅斯可能嚮南聯盟提供的海上支援。
（4）預警衛星 美國「天基紅外系統」（SBIRS）衛星是美國在20世紀90年代初開始研製的新一代飛彈預警衛星，可以糾正「國防支援計畫」（DSP）飛彈預警衛星預警時間短、存在虛警、不能對飛彈實時跟蹤的缺點。
SBIRS系統由高、低軌道衛星組成。高軌道部分包括4顆地球靜止軌道衛星（含1顆備用星）和2顆大橢圓軌道衛星，低軌道部分包括12～24顆衛星。整個系統建成後，美國的彈道飛彈預警能力將躍上一個新臺階。SBIRS衛星不僅能比DSP衛星更出色地完成戰略飛彈預警任務，而且能對戰術彈道飛彈的攻擊實施有效的預警和跟蹤，因而能滿足21世紀美軍對戰略和戰術彈道飛彈預警的需求。
高軌道SBIRS預警衛星對飛彈在發射時所噴出的尾焰初始探測，採用了雙探測器結構，即衛星同時裝有高速掃描型和凝視型探測器，兩者元器件90％以上是共用的。掃描型探測器用一個一維陣列掃掠地球的北半球和南半球，然後將探測到的數據提供給凝視型探測器。凝視型探測器用一個更精細的兩維陣列跟蹤飛彈，將發射畫面拉近放大，以提供詳細資訊。
SBIRS的低軌道部分稱為「空間和飛彈跟蹤系統」（SMTS）。運行在多個軌道面上的SMTS衛星將成對工作，以提供立體觀測。每對衛星通過60吉赫衛星間鏈路進行相互通信。每顆衛星裝有一臺寬視場短波紅外捕獲探測器和一臺窄視場凝視型多色（中波、中長波紅外及可見光）跟蹤探測器。牠們將按照先看地平線以下、後看地平線以上的順序工作，以捕獲和跟蹤目標飛彈助推段的排氣尾焰及其發熱彈體、中段的彈體、彈頭和誘餌，以及最後的冷卻再入彈頭。通過中段跟蹤及對彈頭和其他物體的辨別，衛星還能為地面防禦系統提供提示性資訊。SMTS使早期和中段攔截成為可能。同現有系統相比，它可將防區範圍擴大2～4倍。
作為戰略預警衛星，DSP衛星只裝有一臺掃描型探測器，大約每10秒掃描一次的速度工作，需要掃描4～5次（即40～50秒）才能確認一枚飛彈的發射並判斷它會飛向何處。這樣長的探測時間對於洲際飛彈和潛射彈道飛彈的預警綽綽有餘，但對於探測「飛毛腿」之類的戰術飛彈並做好反擊準備，預警時間就不夠充分了，因為這類飛彈的助推段時間只有55～80秒。相比之下，高軌道SB—IRS衛星的兩種探測器協同工作，使掃描速度和靈敏度比DSP衛星提高10倍以上。牠們還能透過地球大氣層，探測到彈道飛彈的初始發射，並能對中段飛行的飛彈進行跟蹤，實施測量飛彈的彈道。因此，SBIRS衛星有能力探測短程飛彈的發射，並能在飛彈發射後10～20秒內把有關資訊傳給地面部隊。
如上所述，SBIRS將由地球靜止軌道、大橢圓軌道和低軌道上的近30顆預警衛星組成。低軌道星座上的12～24顆衛星提供早期預警，衛星數量多，少量遭損毁也不影響工作；而大橢圓和地球靜止軌道衛星位置高，不易受到攻擊，因此系統生存能力強。