地球等离子体层是内磁层相互作用的核心区域,与电离层、环电流和辐射带发生强烈相互作用,其演化过程影响内磁层结构和近地空间环境,对其研究具有重要的科学价值和应用价值。作为“探月二期”工程嫦娥三号有效载荷,月基极紫外相机将对地球等离子体层He+共振散射的30.4 nm辐射进行成像,从而监测地球等离子体层对地磁活动的响应,为研究等离子体层纬度分布特征和内磁层相互作用提供数据。本文主要研究地球等离子体层30.4 nm辐射特性和月基观测图像反演方法,为月基极紫外相机设计和月基极紫外观测图像分析提供依据。本文采用数值模拟与卫星观测数据分析相结合的方法,对地球等离子体层动力学特征和辐射特征进行了研究,结果表明:(1)地球等离子体层位于磁赤道面内6.0 RE以内,位于子午面内4.0 RE以内,等离子体层顶、肩和尾的典型结构尺度为0.1 RE。地磁活动期间,地球等离子体层收缩或扩张的平均速率为0.7 RE/h,变化0.1 RE尺度所需的时间为10 min。(2)从月球上观测时,等离子体层30.4 nm辐射强度在等离子体层顶内为0.1~10.7 Rayleigh,在等离子体层顶外为0.02~0.10 Rayleigh。(3)首次模拟了从月球上观测时地球等离子体层肩和尾结构及其演化特征,模拟了地球等离子体层极紫外辐射光强的演化特征。研究了月球轨道运动特性和月球表面环境特性,得到在一个月球公转周期内,总观测时间约为11.5地球日,极紫外相机对地指向的纬度最大偏移约为10.8°,经度最大偏移约为6.5°。太阳峰年月面散射的极紫外辐射强度约为2.0Rayleigh,与地球等离子体层辐射量级相当。利用SELENE卫星数据对5个拟着陆区的地貌特征研究表明,月面散射的极紫外辐射不会进入月基极紫外相机,其中虹湾区的地形最为理想。在太阳峰年,一年内电子和质子的总流量均为约5.0×1015 cm-2。此外,在一个月球周期内,月面温度变化范围80.0~390.0 K。根据以上结果验证了月基极紫外相机设计要求:工作波段30.4 nm,视场角15.0°,角分辨率0.1°,时间分辨率10 min,探测强度范围0.1~10.0 Rayleigh,方位调节范围±6.5°,俯仰调节范围58.0°,同时还须满足粒子辐照剂量和温度要求。依据模拟的月基地球等离子体层极紫外图像,采用最小L算法对磁赤道面等离子体层顶进行了重构,再采用遗传算法对地球等离子体层准三维He+密度进行了反演,得到反演相对误差为8.0%,满足科学研究和空间天气预报需要。该算法首次解决了从月基等离子体层极紫外图像重构等离子体层的问题,为研究等离子体层纬度分布特征和等离子体层与内磁层耦合提供了方法。