空间科学与技术是世界科技大国的竞争焦点之一,也是提供国家安全保障、牵引国家科技进步,拉动社会经济发展,提高国民凝聚力和向心力的重要领域之一。我国作为世界上空间科学与技术竞争前沿的参与者之一,今年来陆续开展了载人航天、空间站、探月返回、火星探测等多个战略级空间项目。这些项目的开展极大的保障了我国的国家安全、拉动了我国的经济发展,提高了民族自豪感。空间科技的研究以对空间环境的认识和理解为先导,因此各航天大国均投入大量人力物力对空间环境进行探测和研究。工作在低频段的天基扫频步进雷达是空间探测的下一个技术热点之一。以美国的Radio Plasma Imager,DSX,欧空局的MARSIS为代表的的扫频步进雷达投入使用以来,极大的推动了人类对空间环境的认识和理解。我国于2018年正式启动的国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目“星载无线电等离子体探测系统”,目标是设计制作一台工作频段在3k Hz-3MHz的超宽带天基扫频步进雷达原理样机,探测区域包括电离层、内磁层等。地球辐射带是目标区域的热点领域之一。辐射带中的高能粒子是航天器电子设备和航天员人身安全的重大威胁之一,长期以来一直被各国重点关注,也是该项目的目标探测区域之一。然而地球外辐射带中富集的高能电子运动速度快,其相对论效应显著,因此使得基于传统冷等离子体中电波传播模型的扫频步进雷达参量反演算法无法直接应用到外辐射带探测中。本研究从相对论电子的运动方程出发,建立地球外辐射带中相对论电子的色散关系模型,在此基础上,通过理论分析、数值模拟、数值仿真实验来研究和分析低频雷达信号在外辐射带中的传播、反射、折射等传输特性,将其与电离层中的雷达信号传输特性进行对比,梳理构建适用于地球外辐射带中等离子体参量反演的算法原理,并结合卫星观测数据对该模型进行仿真分析。本文第一章介绍相关研究背景和国内外研究现状,第二章较系统的对冷等离子体中的电波传播模型以及色散关系进行了数学推导,在此基础上对电波传播特性进行了理论分析,第三章中引入相对论效应,对外辐射带中的雷达信号传播进行了物理建模,基于模型对外辐射带中的雷达信号传播特性进行了分析和讨论,并利用数值模拟技术对影响外辐射带中雷达信号传播特性的因素及其机制进行了分析讨论,第四章中结合RBSP等卫星的观测数据,通过仿真试验研究了暴时外辐射带中的雷达信号传播特性,第五章对全文工作进行总结和梳理,并为后续工作的开展提供了思路。