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而在70年代中後期，蘇聯空軍和海軍開始對其裝備的圖－16r偵察機進行升級改進，改進後稱作圖－16r，除了換裝拍攝成像解析度更高的偵察照相機外，還為所有偵察機裝備了與srs－4配套的rub－1k雷達，並換掉了所有的srs－1和srs－3系統。另外，飛機的效能也有所改進，在起飛重量達到75800千克的情況下，飛機的作戰半徑可以達到2500千米。進行一次空中加油後，飛機作戰半徑可以達到3800～4000千米。

圖－16r－2

1962年，圖－16ksr－2型飛彈載機及配套的飛彈進入蘇聯海軍航空兵服役，因此，海軍在1965年提出了為其研製配套的圖－16r－2型（之所以稱作圖－16r－2，是為了顯示它是與圖－16ksr－2配套的）偵察機。新型偵察機以圖－16r為基礎，其中原有的機鼻機炮、懸吊式密封艙都被取消，同時在後備貨艙裡增加一個7000升的變形油箱，這樣飛機的總載油量將達到51000升。初此之外，還用rub－1k型雷達取代了rbp－4/6型雷達，使得對大型船隻的探測距離增加到了200～240千米。

而其他的改進之處還包括將srs－4系統的接受天線安裝在了機鼻密封艙入口的艙門下，同時將該系統的全方位感測器天線挪到了後備貨艙的艙門附近。另外，海軍還對該機的導航系統進行了改進，並將飛機上的照相機減至兩臺，導航員負責飛行時srs－4系統的操作任務。在飛機效能方面，經過一系列的改進，在起飛重量為79000千克的情況下，圖－16r－2的作戰半徑增加了700千米達到了3200千米。進行一次空中加油後，飛機的作戰半徑將達到4200千米，蘇聯海軍共裝備了12架改進的圖－16r－2偵察機。

圖－16r－1型偵察機

經過上述的改進後，圖－16r－2偵察機在執行空中偵察的同時，還可以為圖－16ks、圖－16ksr－2和圖－16k－11－16型轟炸機提供空中導航，目標確認指示等額外任務。然而，就在該偵察機裝備不久，海軍中部署的上述飛彈載機的數目和型號都開始大量減少，因為同時有多種型號的同類飛機服役，對後勤保障的壓力非常大。因此，許多航空團開始接受改裝訓練，準備換裝圖－16k－10飛彈載機，該機掛載的飛彈射程達到220千米，後來增加到325千米。而此時海軍的圖－16型飛彈載機也開始換裝更先進的yen雷達，該雷達對水面大型船隻的探測距離達到450千米。

因此，由於新型飛彈載機雷達和圖－16r－2偵察機的雷達對大型水面目標的探測距離存在著差距，兩者聯合為新型空射飛彈提供目標跟蹤和目標指示的效果就大大折扣。所以，蘇聯海軍要求國內的設計局和製造廠研製一種新的偵察機，可以為圖－16k－10sd載機和圖－16k－26載機飛彈系統跟蹤和指示水面目標。正是在這種情況下，國內製造廠開始在新的飛彈載機基礎上研製海軍迫切需要的新型偵察機。

新型偵察機被海軍命名為圖－16r－1，第一架原型機是由海軍自己在一架圖－16k－10飛彈載機的基礎改進來的。在改進過程中，所有和飛彈有關的裝備統統被拆除，並在在後備機艙中加裝了一個變形油箱，這一點和圖－16r－2是一樣的，也使該機總的燃油攜帶量達到了48000升。

而該機最重要的改進之處就是在前機鼻導航員位置安裝了新型的yen－r型搜尋雷達，雷達功率達到180千瓦，該雷達能在在480千米的距離上發現大型水面目標。更先進的是，該雷達不但能夠發現大型水面目標，還能對其進行識別。在不進行空中加油的情況下，該機的作戰半徑為3200千米，飛機巡航時間為7小時