在现代军用飞机中，空中预警指挥飞机(简称预警机)算是最具标识性的一种，它的机身经常要突出一块，要么顶着大圆盘，要么伸出大鼻子，里面装的预警雷达能够克服地球曲率的影响，对故方空中和地面的导弹、飞机实施全方位监视和警戒，是忠诚神勇的“空中侦察兵”，预警机虽不发射真枪实弹，却是“坐镇帐中”的幕后英雄，既让敌军一切行动无所遁形，又直接指挥空中机群的战斗。因此，预警机又被称为“空中指挥官”。
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二战德国的维尔茨堡雷达
预警机的故事要从雷达讲起。随着侦察机、轰炸机、歼击机等各种战机走向战场防空也和空袭、空战一样成为主导战场态势的关键元素之一，各国都非常需要一种能够尽早探测到敌方飞机接近的工具霜达便进入了空战与防空领域。
雷达的发射机天线把电磁波射到某一方向，遇到物体就会反射回来，被雷达天线所接收，接收设备便可提取有关该物体的距离、速度、方位、高度等信息。
到了20世纪30年代后期，美国、英国、德国、苏联等国家都掌握了雷达技术。1938年，英国率先发展了由20个地面雷达站组成的防空雷达警戒网，可以提前20分钟探测到120千米以外的德国来袭飞机，这在1940年的“不列颠空战”中为英国立下了汗马功劳。二战期间，各国都已经在防区内和舰船上配备了相应规模的防空雷达。
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TBM-3W预警机
然而，所有人都知道，地面或舰上的雷达有盲区。由于圆形的地球存在一定的曲度，直线雷达波发射出去后离地面越来越高，无法探测到远处的低高度目标，地面上的凹凸不平还会增加类似的干扰。尤其是舰载雷达，最多也就是装在15～20米高的桅杆上，无法像地面雷达那样借助海拔千米的高山，探测距海面100米高的目标时效率能力尤其有限，一般不会超过50千米—当时作战飞机只需要不到10分钟就可以穿越的距离。因此，在很多经典空袭作战中，入侵敌机经常“低高度” “贴海面”飞行，就是为了逃避敌方地面雷达的探测。事实证明，这一招非常具有实战意义。另外，地面雷达还有一个弱点就是位置固定，容易受到敌方的干扰和攻击，在历次战争中，地面雷达站总是优先受打击目标之一。
为了扫除雷达盲区，人们想到了把雷达搬到天上。这样，向斜下方发射出去雷达波就不会因地面的弯曲或各种障碍物而失效。例如，如果将雷达搬到1万米的高空，那么探测海面100米高度飞机时，有效距离可达到400千米。然而，此时的雷达(尤其是天线)大多较为笨重，搬到天上难度本来就比较大，而且在向下探测时还很容易被地面或海面的反射回波所干扰，因此，效果并不是特别理想。
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E-1“跟踪者”电子预警机
1944年，美国人专门研制了一款适用于“空中雷达”的空中预警系统，将其装到了一架TBM-3W “复仇者”鱼雷轰炸机的机腹位置，从而侦测低空和超低空目标，算是人类第一架具有真正意义的预警机。该机于1945年3月服役，在对日作战的末期发挥了重要作用。TBM-3W先后建造了近40架，对低空飞行编队探测距离超过165千米，对海面大型舰艇的探测距离达到320千米。随后，由B-17轰炸机、AF-2W反潜机等加装雷达发展而来的预警机也相继服役。然而，这些预警机几乎只是一座空中雷达。所有控制功能都需要水面舰船引导，与巡逻机和反潜机的任务有所重叠。
空中预警机主要由载机和预警系统构成。载机就是预警系统的空中飞行平台，多由运输机、轰炸机、客机等大型飞机担任或改装，有时也会专门研制。总体而言，开发难度不大。预警系统则是空中预警机的核心部分，包括雷达天线、敌我识别系统、数据处理系统、显示器、导航通信系统等，其综合性能的优劣是预警机水平高低的关键所在。因此，也是开发预警机的难点和瓶颈。纵观预警机的发展过程，几乎就是预警系统的不断开级和革新。
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E-2“鹰眼”空中预警机
二战结束后，美英等国相继发展了E-1“跟踪者’、WV-2/EC-121“预警星”、“塘鹅”、“夏克敦”等预警机。这些机型明确了预警机的功能，强化了对远距离低空目标的探测能力，侦测距离、续航时间、操作效率等参数大大提升，在争取预警时间方面效果非常明显，因此被广为使用。例如，E-1B现代预警机，侦测距离超过200千米，可同时引导20～30架已方飞机实施作战任务。这些预警机基本上仪仅是载机加雷达，被称为’第一代预警机’。当时，一艘航母上往往有60～90架飞机经典军用飞机就需要2～4架预警机引导，效率还是偏低的。
随后，更先进的雷达技术和通信技术被应用到预警机上，诞生了E-2“鹰眼’、 P-3“猎户座’、EC-130V’大力士”、图-126’苔藓’等预警机。这些新机在载机与雷达的基础上强化了通信与指挥引导功能，不仅解决了低空目标的探测问题，还可以分享雷达信息，改变了过去以语音通信的指挥方式，被称为“第二代预警机”，使预警机在空中警戒的基础上向空中指挥平台过渡。
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苏联图-126“苔藓”预警机
到了20世纪70年代以后，E-3“望楼”、E-767、“猎迷’、A-50、“海王”等第三代预警机相继问世。这些机型已将整套的远程警戒雷达系统、相应的数据处理设备以及指挥作战机构都搬到空中，集侦察、通信、指挥、控制为一体，统一指挥执行侦察、空战、护航、电子干扰、空中加油、攻击、轰炸等各种任务的机群编队。而且，预警机往往在距离前线100千米以外的中高空执行任务，在本方防空火力和战斗机的严密保护之下，几乎没有被击落的可能。
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瑞典“爱立眼”预警机
如今，飞行器元老“空中飞艇’的空中预警潜力也被人们发掘出来，成为浮空预警器。飞艇体积大，载重高，可装载空中预警所需的大型仪器，而且空中预警一般在己方拥有制空权的范围内执行，弥补了飞艇速度慢、自我防护能力弱的缺陷。此外，飞艇留空时间超长，而生产和维护成本又很低。据估算，执行同样时间任务时，飞躯的成本不到飞机的5%。
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可以作为空中预警平台的高空飞艇
总而言之，空中预警机成为现代空中作战体系的核心元素，也是体现国家综合国防实力和水平的标志性装备。因此，军事家评论道： “如果拥有较好的预警机，即使战机数量只有对手的一半，也可以赢得战争。