РЛС различают прежде всего по конкретным задачам, выполняемым ими автономно или в комплексе средств, с которыми они взаимодействуют, например: РЛС систем управления воздушным движением, РЛС обнаружения или наведения зенитных управляемых ракет систем ПВО, РЛС для поиска космических летательных аппаратов (КЛА) и сближения с ними, самолётные РЛС кругового или бокового обзора и т.д. Специфика решения отдельных задач и их широкий спектр привели к большому разнообразию типов РЛС. Например, для повышения точности стрельбы по самолётам в головках зенитных снарядов устанавливают миниатюрные РЛС, измеряющие расстояние от снаряда до объекта и приводящие в действие (на определённом расстоянии) взрыватель снаряда; для своевременного предупреждения самолёта о приближении со стороны его «хвоста» другого самолёта на нём устанавливают РЛС «защиты хвоста», автоматически вырабатывающую предупредительный сигнал.
В зависимости от места установки РЛС различают наземные, морские, самолётные, спутниковые РЛС и т.д. РЛС подразделяют также по техническим характеристикам: по несущей частоте (рабочему диапазону длин волн) – на РЛС метрового, дециметрового, сантиметрового, миллиметрового и других диапазонов; по методам и режимам работы – на РЛС импульсные и с непрерывным излучением, когерентные и с некогерентным режимом работы и т.д.; по параметрам важнейших узлов РЛС – передатчика, приёмника, антенны и системы обработки принятых сигналов, а также по другим техническим и тактическим параметрам РЛС.
РЛС точного измерения координат, называются станциями орудийной наводки (СОН), определяют с высокой степенью точности координаты (азимут, угол места, дальность) воздушных, морских и наземных объектов. Для зенитной артиллерии появление этих станций означало техническую революцию. Резкое повышение точности измерения координат, в первую очередь угловых, стало возможным после освоения СМ диапазона волн, позволившего формировать в СОНах посредством антенн высоконаправленное излучение радиоволн. При этом резко повысилось использование излучаемой мощности в нужных направлениях и удалось в значительной мере избавиться от влияния Земли, местных предметов и ряда других помех работе РЛС.
Использование сантиметрового диапазона позволило создать панорамные самолётные РЛС кругового обзора земной поверхности, сыгравшие важную роль во время 2-й мировой войны при решении задачи «слепого» бомбометания, а также при поиске и уничтожении на море подводных лодок. Для этих станций характерна высокая степень различения отдельных деталей на земной поверхности (мостов, сооружений, железных дорог и т.д.) или на море (перископов подводных лодок и т.п.).
Освоение сантиметрового диапазона привело также к созданию РЛС обнаружения самолетов и наведения на них самолётов-перехватчиков, которые, используя данные, полученные от РЛС дальнего обнаружения, или работая автономно, обнаруживают самолёты и одновременно измеряют их координаты – дальность, азимут и высоту полёта (например, так называемым методом V-луча). Для реализации этого метода применяют 2 антенны, одна из которых имеет диаграмму направленности, узкую по азимуту и широкую в вертикальной плоскости, а другая – диаграмму направленности такой же формы, но отклоненную от вертикальной плоскости на угол, равный 45°. При совместном вращении обеих антенн азимут и дальность объекта определяются посредством первой антенны, а высота – по промежутку времени, через который объект фиксируется второй антенной.
РЛС бокового обзора, предназначенные для картографирования земной поверхности, решения задач воздушной разведки и т.д., имеют высокую разрешающую способность, определяющую качество радиолокационного изображения, его детальность. Это достигается либо значительным увеличением размера антенны, располагаемой вдоль фюзеляжа самолёта, что позволяет увеличить разрешающую способность по сравнению с панорамными РЛС кругового обзора на порядок, либо применением метода искусственного раскрыва антенны (антенны с синтезированной апертурой), позволяющего приблизиться к разрешающей способности оптических средств наблюдения; при этом разрешающая способность не зависит от дальности наблюдения и длины волны зондирующего сигнала.
РЛС систем ПРО крупных городов и промышленных объектов образуют радиолокационный комплекс, включающий РЛС обнаружения, сопровождения и опознавания целей и РЛС наведения противоракет, работающих главным образом в СМ, – реже в ДМ-диапазонах волн. Такая многофункциональная РЛС содержит несколько сотен передатчиков с импульсной мощностью каждого от 0,1 до 1 Вт, фазированную антенную решётку, работой которой управляет ЦВМ, несколько тысяч параметрических усилителей, установленных во входных цепях приёмников.
РЛС слежения за искусственными спутниками Земли (ИСЗ) и измерения их траекторий различают прежде всего по составу и количеству измеряемых параметров. В простейшей однопараметрической РЛС ограничиваются измерением только доплеровской частоты, по характеру изменения которой в месте расположения РЛС определяют период обращения ИСЗ и другие параметры его орбиты. Орбиту ИСЗ можно точно определить, применив на трассе полёта ИСЗ несколько РЛС сантиметрового диапазона, например, точных импульсных РЛС – радиодальномеров, работающих с ответчиком на борту ИСЗ, у которого нестабильность задержки ответного импульса относительно мала. Эти РЛС с параболическими антеннами обеспечивают в режиме слежения определение угловых координат ИСЗ с точностью порядка нескольких угловых минут при коническом сканировании и порядка 1 угловой минуты при моноимпульсном методе. Таким образом, эти трёхпараметрические РЛС являются некоторым развитием СОН, отличаясь от них построением основного канала автодальномера, многошкальностью и сохранением высокой точности слежения по дальности (ошибка измерения при космических скоростях объекта порядка 10 м). Импульсный режим позволяет реализовать одновременную работу нескольких РЛС с одним ответчиком. Применяют и четырёхпараметрические РЛС с когерентным ответчиком на борту, в которых дополнительное измерение радиальной скорости космических объектов обеспечивается при более простом режиме непрерывных колебаний. Сохранение импульсного режима и измерение радиальной скорости по частоте Доплера требует применения в РЛС импульсного когерентного режима, при котором вместо простого магнетронного передатчика применяется СВЧ-усилитель мощности (например, на клистроне) и более сложный импульсный когерентный ответчик. Станции, измеряющие 6 параметров движения объекта – дальность, 2 угловые координаты и 3 их производные (т.е. радиальную и 2 угловые скорости), применяют, например, при измерениях этих параметров, осуществляемых из одного пункта на активном участке полёта ракеты или КЛА. Сложность таких РЛС связана с построением многих каналов точного фазового измерения угловых координат (точность – 10 угловых секунд).
Другое направление использования РЛС для слежения за ИСЗ с высотой полёта в несколько сотен километров и измерения их траектории основано на применении точных пеленгаторов ДМ-диапазона со значительно более простыми (неследящими) антеннами фазовых угломерных каналов, обладающими в этом диапазоне достаточной эффективной площадью, а также экономичных и простых бортовых передатчиков, работающих в режиме непрерывных колебаний.
Для слежения за ИСЗ на расстояниях ~ 40 тыс. км (ИСЗ на стационарных или эллиптических орбитах) применяют РЛС со следящими (по программе полёта – в ДМ-диапазоне и автоматически – в СМ-диапазоне) полноповоротными параболическими антеннами.
Планетная РЛС, измеряющая расстояние до планет, параметры их движения и другие физические характеристики, отличается бόльшей эффективной поверхностью антенны, бόльшей мощностью передатчика и высокой чувствительностью приёмного устройства. Длительность зондирующего сигнала таких РЛС ограничена временем прохождения радиоволн от Земли до планеты и обратно, которое равно, например, для Венеры ~5 мин, для Марса – 10 мин и для Юпитера – 1 ч. Так, в планетной РЛС, посредством которой сотрудники института радиотехники и электроники АН СССР изучали Марс, дальномерные измерения проводились фазовым методом по огибающей колебаний с несущей частотой 768 МГц, модулированных по амплитуде колебаниями с частотами 3 и 4 Гц, а измерения радиальной составляющей скорости – доплеровским методом на несущей частоте. Принимаемый сигнал во время сеансов наблюдения запоминался (записывался магнитофоном), а задержка огибающей принятого сигнала определялась (в процессе его многократного воспроизведения за пределами сеанса связи) корреляционным методом – по максимуму выходного сигнала коррелометра при различных задержках опорного сигнала. Величина доплеровского смещения частоты определялась при помощи селективных электрических фильтров, настроенных на определённые резонансные частоты.
3агоризонтные РЛС, используют декаметровый (коротковолновом) диапазоне волн для наблюдения на расстояниях в несколько тысяч км (например, с целью раннего обнаружения пусков баллистических ракет и грубого определения их координат, обнаружения ядерных взрывов, наблюдения за различными областями ионосферы, за полётом ИСЗ и т.д.), представляют собой наземные стационарные установки со сложными большими антеннами типа многоэлементных антенных решёток и мощными передатчиками с импульсной мощностью несколько десятков МВт. Как правило, такие РЛС двух- или многопозиционные. Для них характерны многоканальное построение (например, со 120 и более каналами в диапазоне частот 4 – 6 МГц), возможность устанавливать различные длительности импульсных сигналов и частоту их повторения и соответственно регулировать ширину полосы частот в приёмнике и другие характеристики, находя оптимальный режим в зависимости от состояния ионосферы и характера поставленной задачи.