脉冲多普勒雷达利用目标和干扰物（如地物、海浪、云雨和鸟群等）相对于雷达的径向速度不同引起的回波信号多普勒频率不同的特点进行杂波抑制和目标检测。

脉冲多普勒雷达是应对低空飞机目标作战的需求而发展的。低空轰炸机出现后，地面雷达因受视距限制对这类目标不能连续监视而形成盲区。若把普通雷达装在预警飞机上，虽然改善了视距，但因强地杂波而分辨不出目标。歼击机在寻找低空敌机时，也因地杂波淹没目标信号而无能为力。为了能从地杂波中检测目标信号，20世纪50年代，研制出机载动目标显示雷达，但这种体制的雷达遇到较复杂的地面环境仍因杂波太强而难以发现目标。60年代，研究出能从强杂波中发现动目标的脉冲多普勒体制。70年代，这一体制随着大规模集成电路和计算机的成熟而得以在工程技术上实现。

脉冲多普勒雷达信号处理是在接收机中先进行距离门选通，再用布满在可能的多普勒频率范围内的窄带滤波器组对信号和杂波进行过滤（图1）。窄带滤波器能对回波脉冲序列进行相干积累，由它选出目标的多普勒谱线，滤除主波束杂波剩余和其他副瓣杂波。

图1 脉冲多普勒雷达框图

机载雷达下视时，在目标所在的距离门内有目标信号和杂波频谱（图2）。杂波信号频谱中有天线主瓣杂波、高度线杂波和天线副瓣杂波（图2a）。天线主瓣杂波极强，从垂直向下的副瓣进入接收机为高度线杂波，余下的就是从飞机下半球各方向进入天线副瓣的杂波，形成自最高至最低（为飞机地速）连续的杂波谱带。天线主波束内有2个目标（图2b），由于目标在运动，其频谱和主波束地物杂波谱不在一起。目标₁和雷达载机同方向飞行，但速度低于载机，因此有小的接近速度。目标₂和雷达载机迎头飞行，有很大的接近速度，因此它在副瓣杂波谱以外。为了不降低检测副瓣杂波谱内运动目标的作用距离，须使输入接收机的副瓣杂波功率小于接收机自身的噪声功率。因副瓣杂波功率与天线副瓣增益的平方成正比，要求天线副瓣很低。为使图2中天线主瓣不影响与其临近的目标₁的谱线的过滤和检测，应避免主瓣杂波扩散。这要求发射信号有极高的频率稳定度，发射脉冲也不允许有速度调制和宽度调制。

图2 机载雷达的目标信号与杂波频谱

脉冲多普勒雷达采用高脉冲重复频率，使目标在频域上不模糊，但是较远目标在距离（时域）上是模糊的。此外，高重复频率的脉冲多普勒雷达由于脉冲之间的间隔很短，多次模糊使重叠到同一距离门上的杂波强度增强，严重干扰了在3000米以下飞行的飞机上的脉冲多普勒雷达。20世纪70年代研制出适合于中、低空作战飞机用的中脉冲重复频率脉冲多普勒雷达。这是一种既有距离模糊又有速度模糊的脉冲多普勒雷达体制。通常使用改变发射脉冲重复频率的方法求解脉冲多普勒雷达的距离模糊。

实用的脉冲多普勒雷达虽于20世纪60年代末才问世，但随着大规模集成电路和数字处理等技术的发展，这种雷达发展很快，而且应用越来越广。装有脉冲多普勒雷达的预警机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的最有效军事装备。在先进的歼击机上，通常装备高、中脉冲重复频率的脉冲多普勒雷达。一般机载脉冲多普勒雷达均具有低脉冲重复频率工作模式，用于上视工作模式，观察中、高空目标。此外，脉冲多普勒雷达还应用于舰载雷达、地面雷达和气象雷达等。