预警机的诞生与发展
预警机又称预警指挥机，是指装有雷达等电子侦察和指挥控制设备，用于搜索、监视空中、海上、地面目标，指挥引导己方作战武器进行作战任务的一种军用飞机。空中预警指挥机是现代军用飞机中的一个重要成员，对于充分发挥其他军用飞机和坦克、军舰等其他武器装备的性能具有重要作用，被称为军队作战能力的放大器。
一、早期的空中预警活动
美国空军创始人W.米切尔早在1921年进行的用飞机轰炸军舰的试验虽然已经向世人表明了飞机是军舰的天敌，但一直到第二次世界大战中的珊瑚海、中途岛等海空大战才真正证明这个思想。这时，大型舰艇上普遍装备了雷达，以尽早发现来袭敌机。然而在海平面上，由于受地球曲率的影响，直线行进的雷达波束无法探测到海平面以下的目标，对低空飞行的飞机探测距离十分有限。虽然提高雷达天线的高度可增加探测海面目标的距离，但军舰桅杆最多不过15—20米高，装在上面的雷达天线高度还是太低，不像陆基雷达可安装在数百甚至数千米高的高山以延伸视界。另外，过高的桅杆或上层结构会影响到舰艇航行时的稳定性，故舰载雷达的视距十分有限，对高空目标虽能拥有数百千米的探测距离，但对低空目标的探测距离就只有数十千米，对海面目标的探测距离只有30千米左右。如果飞机的速度是600千米/时，这样的探测距离内能提供3分钟的预警时间。因此，舰艇若要尽早发现来袭的超低空飞机，性能已经发挥到极限的舰载雷达已经是力不从心了，只能另辟蹊径，由此产生了将雷达搬上飞机的想法。
这个想法是十分大胆的。根据计算，一部功率相同的雷达，天线架设在15米高的设施上，对于高空目标假设探测距离是300千米，但探测100米高的飞行目标时，其理论距离最多不超过50千米。若将雷达天线升高到1万米，对100米高度的目标，其理论探测距离则达到400千米。按照上述不同高度探测距离，可知雷达在1万米高空是在15米高度时所能覆盖的空域范围的64倍，相当于按50千米距离配置的64艘舰载雷达的功能。如果把雷达安装在飞机上，不但可轻易将雷达搬到几千甚至上万米的高空，而且考虑飞机的高速飞行，其机载雷达的探测范围将更大。
实际上，第二次世界大战初期雷达已被安装在战斗机上作为夜间搜索和攻击敌方飞机的探测器。由于战斗机载荷有限，机载雷达的体积和重量不可能很大，因此机载雷达的发射功率很低，探测距离只有几千米，充其量十几千米，只能满足夜间截击敌机的最低需要。一直到第二次世界大战末期，美国海军才开始进行空中预警机的研究。1944年2月，由美国麻省理工学院主持设计，对一架TBM“复仇者”鱼雷轰炸机进行了改装，在其机腹下方搭载了一部美国通用公司生产的AN/APS-20雷达，代号是TBM-3W。这是一部s波段的二维探测雷达，峰值功率1千瓦，天线直径2.4米，重318千克。TBM-3W对低空飞机的探测距离达到100千米以上，对海面大型舰艇可达320千米，并可作为舰艇与滞空飞机间的无线电通讯中继站。装载雷达代号为TBM-3W的“复仇者”是世界上第一架空中预警机，它的问世，代表空中预警机的诞生。
由于当时滤除杂波的技术还未发明，不能滤除海面波浪反射的杂波，致使TBM-3W雷达的探测能力有限。AN/APS-20在第二次世界大战与战后初期，被广泛运用于多种型号的空中预警机与反潜机上，经多次改良后一直服役到1950年代后期。
二、第一代预警机
20世纪50年代前后，美国等军事强国研制了第一代预警指挥机。这一代预警机的特点，一是装载的是机械扫描雷达，滤波能力差，分辩率不高，精确度差。二是有些型号预警机的雷达只是二维雷达，不具备测定目标高度的能力。三是指挥控制能力差，通常只能引导控制少量的战斗机进行作战。有些型号的预警机只具有警戒能力，不具备指挥控制作战飞机的能力。在研制预警机的国家中，美国第一代预警指挥机具有代表性，其次是英国、苏联等国。
三、第二代预警机
第二代预警机主要指20世纪50年代末至60年代研制的预警机，从功能上比第一代预警机有较大提高，成为越南战争后期及80年代局部战争的主力预警机。在使用中，第二代预警机不断进行技术更新，具备了第三代预警机的性能，有些型号现在仍然在使用。
预警指挥机是个复杂的系统，是多种技术的综合体。第二代预警机兼警戒与指挥控制双重功能。在使用过程中，第二代预警机不断换装新型设备而使性能不断提高，成为功能越来越完善的全新系统。第二代预警机主要包括以下技术系统：
一是载机。载机是空中飞行的平台，是预警机各种技术设备与操作控制人员的载体。第二代预警机主要是舰载机，使用的是当时的中型运输机，承载能力不高，速度、活动范围、留空时间有限。
二是雷达系统。预警机不是简单的将雷达搬上飞机并考虑空气动力学的影响就成的，在雷达上天后，雷达俯视大地和海面，地表的各种物体会产生杂波，即使有低空目标也很难分辨出来。第二代预警机的雷达开始使用滤波技术。滤波技术是将前一个回波信号和后一个回波信号做比较，由于地表杂波是不动的而被滤掉，有差值的就是动目标予以保留。不过这种技术在地面上是可以使用的，在空中则因雷达载机本身是运动体，本来不动的地表杂波也因飞机的运动而运动起来，不再是零。直到50年代后期美国发明了多普勒技术才算比较彻底地解决这个技术难题，它的作用是将某些低速目标从雷达屏幕上滤除掉。电扫描技术是针对雷达的机械扫描而言的，是依靠电扫描技术改变天线波束在空间的指向或使波束快速扫描。第二代预警指挥机功能更加完善，技术水平有较大提高。
三是敌我识别系统。主要用于在复杂的战区内辨别敌我，由询问机和应答机组成。询问天线通常安装在雷达天线上，在雷达探测的同时对目标进行询问，目标的回波被送入数据处理系统，天线扫描一次可以询问200个装有应答机的目标。经过综合处理的信号最后输入到显控台，使机上操作员和指挥员对战区敌我力量的分布一目了然。
四是雷达侦察和通信侦察系统。主要用于对各种雷达和通信信号进行探测、识别、定位和跟踪，是雷达探测系统主要的情报支援手段。
五是导航系统。主要用于为预警机提供飞机的精确位置、姿态和速度参数。这些数据被输入计算机数据处理系统，从而给雷达系统提供基准位置，使各种传感器获得的信息能够准确地转换并传送到目的地。
六是数据处理系统。主要由一部处理速度达到每秒几十万甚至上百万次的计算机组成。预警机之所以能迅速、准确地处理、显示上百个目标，全是它的功劳。
七是通信系统。包括机内通信和外部通信。机内通信系统为操作员和机组建立话音通信；外部通信系统由数部短波和超短波电台组成，可将大量信息传递给空中友机、海上舰船或地面指挥所，信息传递可以是语音或数字模式。
八是显示和控制系统。主要用于显示战区综合信息，供指挥员和操作员对战场进行控制指挥，发出指令，并进行数据处理和编辑。显示台分为搜索、引导拦截、指挥、电子侦察等多种功能。
此外，为了保证上述系统能够正常工作，预警机还配备了冷却、电源等辅助系统。
空中预警机每次执行任务之前，所有与这次任务有关的资料都将事先存储到数据处理系统，比如像天气情况、己方飞机的性能、敌方飞机的性能等等。当预警机背上的圆盘天线发现敌机来袭时，数据处理系统将根据雷达提供的数据快速推算出敌机的数量、种类、位置等，然后向己方战斗机发出指令，并引导它们飞向目标进行截击。整个过程在极短时间内就能全部完成。
四、第三代预警机
第三代预警机是指军事强国空军在20世纪60—80年代以大型运输机为载机，以相控阵雷达、合成孔径雷达、脉冲多普勒雷达等为主要设备研制的一代预警机。这一代预警机经历了80年代以来局部战争的考验，当前仍然活跃在战场上。
在第三代预警机问世前，预警机一直是以海上作战为重点研制的。因此，虽然以E-2“鹰眼”为代表的第二代预警机战功卓著，但它毕竟是作为舰载机研制的，比较适合于辽阔的海洋和平原地带，对于陆地特别是地形起伏比较大的山区，探测能力大打折扣。加之它的活动范围比较小，在空中停留的时间也不长，使用受到更多限制。为了满足战争发展的需要，美国等军事强国从60年代开始研制新一代预警机。
推进第三代预警机研制的动因主要有两点：一是战争越来越趋向空中化。60年代，越南战争不断升级，空中作战对战争的影响越来越大，美国空军在北越开辟了独立于地面战场之外的空中战场，保证美国能够体面地撤出战争，对战争的结局产生了重要影响。第三、四次中东战争，叙以战争、马岛战争以及80年代发生的几次外科手术式的战争，显示了空中作战对战争的决定作用，高技术局部战争出现了空中化趋势。战争的演变要求研制功能更加完善的预警指挥机。二是计算机、雷达等电子技术的发展，使得研制新一代预警指挥机的技术更加成熟。从60年代开始，美国、苏联等国展开了第三代预警机的研制，第三代预警机具备部分电扫描能力雷达、合成孔径雷达等作为基本装备。80年代以后，军事强国在对预警机改装中，为其加装了具有下视能力的脉冲多普勒雷达，能在地面和海面的严重杂波中探测和跟踪高空或低空、高速或低速飞行目标，能对数百个目标进行处理和显示。在雷达更新的同时，数据链等网络通信技术也不断改进，使预警指挥机与作战飞机等更紧密地结成一体，成为战争舞台的神经中枢。
五、预警机的最新发展
80年代以后，相控阵雷达技术趋于成熟，预警机的发展主要表现在研制监视陆地小速度运动目标预警指挥机和装备相控阵雷达的新型预警指挥机两个方面。
过去的预警指挥机的雷达是采用机械扫描方式控制天线波束探测目标的。该方式必须待雷达天线旋转一周或完成一次扫描周期、再次捕捉到目标后，才能对同一个目标实施连续跟踪。
相控阵雷达是一种通过控制阵列天线中各辐射单元的馈电相位，以改变天线波束指向和形状的电子扫描雷达。相控阵雷达的平面阵列定向天线由几十个乃至上万个辐射单元排列而成，天线波束扫描时天线口径不动，利用计算机技术控制阵列天线辐射单元的馈电相位，使波束指向在数微秒内快速灵活地变化，较机械式扫描快了数十倍。只要一扫描到可疑目标，立即可以控制波束以极高的速率对该目标反复扫描，而不须机械式扫描需等天线转完一周后才进行第二次扫描，多目标探测能力大幅提高。另外，相控阵雷达的孔径控制可将多个天线元件发射的波束合成极高的能量，增强了探测隐形目标与小型目标的能力，而灵活的波束也使雷达的扫描跟踪能力大为提高，抗干扰的能力也较传统雷达强。已经服役的预警指挥机中，只有E-3系列配备的AN/APY-1/2雷达使用了部分的电子扫描技术（用于俯仰方向的扫描）。
80年代以来，相控阵雷达技术逐渐成熟，相控阵雷达预警指挥机已经成为发展趋势。其中，每个天线单元皆具有独立发射功能的主动式相控阵雷达，较所有天线单元皆由共同的发射机馈送电磁波的被动式相控阵雷达具有更多技术与性能上的优势，可在天线面积相同时使所需的发射功率降低数倍，或在发射功率相同时大幅度提升天线孔径值，增加探测距离，提高可靠性与工作寿命，使雷达的工作能力大为提高。另外，由于主动式相控阵雷达可将各面天线串联，以分时方式轮流进行扫描即可满足信息更新的要求，无须使各面天线随时保持工作状态。处于等待状态的天线可以去执行如电子信号探测、地形测绘，或兼用于合成孔径雷达成像侦察等其他的任务，提高天线利用率，使雷达功能多样化。尽管主动式相控阵雷达使用的固态发射/接收模件研制成本高，但仍被各国积极发展与广泛采用。
预警机配置相控阵天线的方式有三种：贴附于机身上的适形式天线（如以色列的法康系统）、背负在机身上的长条状或背鳍式天线（如瑞典的S-100与波音E-737）、与传统预警机类似的背负式圆盘天线（如A-310）。三种方式在空气动力、雷达覆盖范围与改装难易程度方面各有利弊。
利用“逆合成孔径”的方式实现的“非协同目标识别技术”，可形成探测目标的三维雷达图像，或通过分析目标反射回来的雷达特征（如发动机涡扇或压缩机叶片的多普勒特征或极化量测等）与资料库对比等方式，可在视距外识别出目标的类型，与传统的敌我识别技术相比，效率和可靠性均大幅度提高。该技术目前仍处于实验阶段，是一项引人注目的新技术。
另外，降低旁波瓣、使用功率管理等低截获概率技术，可增强隐形目标的探测能力、强化电子对抗能力、降低反辐射导弹威胁等技术，也是雷达的发展重点。在预警机载机的选择方面，为降低开发与使用成本，几乎所有的新型预警机都选择以现有的中、小型商用客机作为基础来改装。
监视陆地小速度运动目标预警指挥机是适应空地联合作战需要研制的，代表型号是美国E-8“联合监视目标攻击雷达系统”。
