美国空军防空司令部于1953年开始装备EC-121“预警星”（Warning Star）飞机，这是一款在洛克希德公司的“星座”型客机上安装了雷达的机型，雷达天线罩安装在机身的上方和下方。EC-121的两种改进型号后来在越南战争中得到了广泛的运用。EC-121的雷达在中、高空跟踪飞机时表现得相当不错，但是却无法将下方的飞机运动从地面杂波中分离出来。

美国空军防空司令部于1953年开始装备的EC-121“预警星”飞机

　　美国海军在1961年装备了E-2“鹰眼”（Hawkeye）预警和控制飞机，这是一款用两台涡桨发动机驱动的飞机，尺寸比EC-121小得多。“鹰眼”的早期型号具有严重的可靠性问题。当“鹰眼”在工作时，其能够成功地对水面进行监视，但是像美国空军的EC-121一样，“鹰眼”也无法从地面杂波中发现和跟踪目标。

　　到了1960年左右，美国空军相信随着技术的发展（特别是电子产品的小型化），已经达到了可以解决地面杂波这一问题的地步。解决问题的关键是一种被称为“多普勒频移”（Doppler shift）的现象。

　　如果一束雷达波打到一个正在运动的物体上并反射回来，那么返回的电子信号与发送出去的电子信号的频率是不同的。以脉冲多普勒模式工作的雷达可以基于飞行物相对于雷达的运动速度对目标进行跟踪，而不仅仅是确定其位置。如果目标正在接近雷达，那么反射回的波长会被“压缩”；如果目标正在远离雷达，那么反射回的波长会被“拉伸”。处理原始雷达回波的计算机可以将快速移动的飞机从地面上的缓慢移动或静止的物体中“过滤”出来。

　　1962年，美国战术空军司令部和防空司令部发布了一个“联合特种作战要求”，旨在寻求一款机载预警和控制系统，以便在远距离上探测和跟踪大批目标。防空司令部希望能使用该系统来保卫北美大陆的领空免遭苏联轰炸机的威胁。战术空军司令部希望能“看见”敌人的战斗机，并获得对空战进行管理的能力。

波音707改装的预警机示意图

波音的竞争对手：道格拉斯DC-8预警机

波音的竞争对手：洛克希德C-141预警机

　　三款飞机进入了成为“空中预警和控制系统飞机”（AWACS）机身平台的竞标：波音公司的波音-707、道格拉斯飞机公司的DC-8和洛克希德•佐治亚公司的C-141。洛克希德公司在1966年退出了竞标。1967年，在马萨诸塞州汉斯科姆空军基地（Hanscom AFB）的电子系统分部成立了一个系统方案办公室。

　　探索性研究证明了空中预警机在技术上的可行性，而且在1970年7月，美国空军宣布选择波音公司作为项目的主承包商。1972年，在经过了漫长的竞标之后，西屋公司被选中作为提供雷达的承包商。“空中预警和控制系统飞机”（现在已被正式赋予了E-3A的编号）在1973年进入了全面研发阶段。

AWACS系统测试平台在1972年2月1日下线

AWACS系统测试平台在1972年2月9日首飞时的照片

随着“圆顶”的转动……

　　原来的计划是打算采购64架预警飞机，但到了1970年时采购数量被削减到了42架，最终在1973年又将采购数量减少到了34架。这部分是出于减少开销的原因，也是因为随着洲际弹道导弹技术的进步，防御敌人轰炸机的重要性已经减弱。1974年，当E-3A预警机进入作战部队测试时，只剩战术空军司令部被指定为预警机项目的唯一管理方了。

　　当时的批评家们表示，预警机原本要承担的防空任务已经消失不见了，但在将近40年后预警机却又重新担负起了防空任务。例如，在2001年9月11日的恐怖袭击发生之后，每一架可用的预警机都被要求起飞前去警戒通往美国的航线。

　　E-3A预警机在外观上最明显的特点是机背上巨大的“旋转圆顶”（即雷达天线罩），圆顶的直径为30英尺（9.144米），高6英尺（1.83米），圆顶由从机身上突起的两根支柱支撑着。这个“旋转圆顶”的一半包含一套敌我识别（IFF）系统，另一半则是功能强大的雷达天线。

E-3预警机的雷达罩，旋转速度为每分钟6转

　　空中预警机不仅仅是一台飞行的雷达，它更是一个完整的指挥控制中心，配备有先进的计算机处理原始数据，9个任务控制台用于监视、武器指引和战斗管理。每10秒钟E-3A预警机的旋转雷达就会提供其正在跟踪的飞机的新位置，每架飞机在控制台屏幕上都显示为一个明亮的光点。

E-3A预警机上的控制台。每10秒钟，预警机上的旋转雷达就会向机上的指挥和控制人员提供其正在跟踪的飞机的新位置

　　在脉冲多普勒模式下，预警机雷达可以探测到250多英里（400多千米）的距离，并从树木和山丘中分辨出在低空飞行的飞机。作为由此带来的一个“附带效益”，预警机雷达不会被飞机释放的干扰金属箔条所迷惑，因为箔条在空气中飘行的速度很慢，不会被当成飞行物体而被雷达所记录。预警机雷达也可以采用普通的非多普勒脉冲模式，从而可将探测范围扩展到约350英里（563.27千米），但在这种模式下是无法过滤掉地面杂波的。

美国国家电子博物馆（National Electronics Museum）中展出的E-3预警机上的AN/APY-1雷达天线阵列

　　大多数对空中预警机的批评主要集中在“臆想”的其面对敌方干扰和战斗机攻击时的脆弱性上。事实上，E-3A是有可能被干扰或击落的——如果敌人准备好投入足够多的兵力并且愿意承担足够大的损失的话。

　　“从科学原理上讲，我们是不可能拿出一款能够完全不受任何干扰的雷达的”，在1973至1977年间担任E-3A预警机项目主管的劳伦斯•斯坎策少将（Maj. Gen. Lawrence A. Skantze）这样说道。“但是E-3A预警机的雷达超越了有史以来研制过的任何类似的系统，而且最全面地利用了最新的技术。”