伴随人类对太空探索的深入,需要更好的了解空间环境,进一步发展空间探测技术,构建更为完备的空间探测体系。地球等离子体是日地空间环境中的一个重要组成部分,研究地球空间等离子体环境具有重要的科学意义和工程应用价值。传统的地基电离层探测以及中高层大气探测系统所观测区域受到较大限制,无法获取电离层顶部信息。但随着现代电子技术的发展,特别是卫星技术的发展,使人们能够从更广阔的区域对等离子体空间环境进行观测,进一步丰富人们对等离子体空间环境的认识。本文基于星载等离子体探测技术,结合不同背景等离子体密度模型完成星载等离子体探测回波模拟,得到电磁波工作频率与群路径以及回波损耗的关系,为反演等离子体电子密度空间分布奠定理论基础。通过对星载等离子体系统的完善,设计并实现了星载等离子体嵌入式控制与数据处理单元,完成DOA（Direction Of Arrival）测向以及电离层探测验证实验,实验结果表明星载等离子体探测系统在有源测向以及电离层探测上均具有良好的性能。本文的主要工作包括以下几个部分:（1）完成基于冷等离子体折射指数的射线追踪模拟。由于RPI（Radio Plasma Imager）所处等离子体层对应电磁波工作频率较低,而在低频段时,无法使用A-H（Appleton-Hatree）公式对折射率近似计算,采用了折射率的冷等离子体计算方式;通过引入偶极子磁场模型,考虑粒子磁旋频率对于电磁波的反射和折射影响,使射线追踪模拟仿真更为贴近实测环境;分别采用GCPM（Global Core Plasma Model）模型以及基于卫星观测数据的经验模型IMAGE/RPI模型用作背景等离子体密度模型,依据不同空间区域的发射点,进行了数值模拟实验,得到等离子体回波图,很好地反映了等离子体环境中电子密度在空间分布结构。（2）设计并实现了星载等离子体嵌入式控制与数据处理单元。对星载等离子体探测系统的接收模块完成优化,并且集成开发了SPI（Serial Peripheral interface）总线接口以及串口总线接口,SPI总线仅使用四根线便能完成数据的传输,且传输速率满足星载等离子体探测系统要求,能大大节省管脚资源,同时串口总线的开发使用使得指令的下发更为方便快捷。设计并实现了星载等离子体嵌入式控制与数据处理单元,加入实时操作系统Free RTOS,对整个探测流程统筹管理,使得各个任务按其优先级有序进行,同时数据存储模块与数据上传模块的实现,使得探测数据能被更好地管理及应用。（3）基于三正交电偶极子天线的测向算法完成了三正交电偶极子天线的仿真,验证了其全向接收的特点。基于此天线,提出了干涉法与实虚部分离的MUSIC（Multiple Signal Classification Algorithm）算法联合估计电磁波波达方向以及极化信息,分别对两种算法在Matlab平台完成相应的仿真实验,分析了信号信噪比、快拍数、极化信息以及波源方向等多个参数的变化对算法性能的影响,并完成了相应的实际测向验证实验。实验结果表明星载等离子体探测系统在有源测向以及电离层探测上的均具有良好的性能。