以預警為目的，監視、發現和跟蹤敵方彈道導彈發射和飛行的偵察衛星。又稱導彈預警衛星。預警衛星通常運行在地球靜止軌道或週期約12小時的大橢圓軌道上，一般由幾顆衛星組成預警網，覆蓋範圍大，能提供較長的預警時間，以利己方捕捉戰機，及時組織防禦反擊。裝有紅外探測器和電視攝像機，紅外探測器以一定速率掃描觀測區，探測導彈主動段發動機尾焰的紅外輻射並發出警報，進行跟蹤和預測彈著點的預警衛星一般又稱為早期預警衛星。衛星上的的電視攝像機作為紅外探測器的輔助觀測手段，跟蹤導彈飛行並將圖像發回地面，提高發現概率，降低虛警概率。美國的預警衛星有20世紀60年初發射的“發現者”19號和21號、“米達斯”號導彈預警衛星、647預警衛星和國防支援計劃(DSP)衛星。DSP衛星采用3星星座，對洲際導彈的預警能力為20～30分鐘，對潛射導彈的預警能力為10～15分鐘。從DSP–13開始，紅外探測器由2 000像元提高到6 000像元，具有戰術導彈預警能力。美國於1996年4月發射的“中段空間試驗”衛星，可發現、監視和跟蹤來襲導彈的中段飛行彈道。截至2001年年底，美國發射瞭45顆；俄羅斯發射瞭81顆，其中有大橢圓軌道的“眼睛”號和地球靜止軌道的“預報”號，它們都混編在“宇宙”號衛星系列中。美國正在研制下一代預警衛星天基紅外導彈預警星座系統(SBIRS)，由地球靜止軌道衛星和低軌道衛星星座組成。采用全新設計的紅外敏感器，使衛星具有對主動段和射程短的小型戰術導彈的發現和跟蹤能力。地球靜止軌道衛星采用掃描與凝視相結合的技術，低軌道衛星則采用信息獲取與跟蹤相結合的技術，以提高對各種導彈發射的發現能力，將跟蹤導彈彈道的范圍擴展到中段飛行跟蹤。