近地空间电磁环境监测与建模实验室(Hunan Province Higher Education Key Laboratory of Modeling and Monitoring on the Near-Earth Electromagnetic Environments, Changsha University of Science and Technology)依托于长沙理工大学，于2014年获批为湖南省普通高等学校重点实验室，于2021年被认定为调整优化后的第一批湖南省普通高等学校科研创新平台。

学术指导兼学术委员会主任：王赤院士。

实验室主任：肖伏良教授。

实验室副主任：唐立军教授、周庆华教授。

 

1 实验室队伍结构

现有专业技术人员40名，其中教授15人，副教授14人，中级职称9人， 38人具有博士学位。实验室拥有国家杰出青年基金获得者1人，国家百千万人才、有突出贡献中青年专家1人，教育部新世纪优秀人才1人，湖南省芙蓉学者1人、湖湘青年英才1人，湖南省高等学校学科带头人2人，湖南省“121”人才工程第一层次人选1人、第三层次人选6人，洪堡学者1人，湖南省“百人计划”专家1人，湖南省杰青1人，湖南省优青1人，湖南省青年骨干教师9人。研究队伍获得了湖南省高校科技创新团队。

 

2 实验室总体定位

实验室以近地空间电磁环境为研究对象，深入研究近地空间电磁环境的新理论、新技术、新方法，提升空间天气变化的监测、建模与预报能力；针对近地空间电磁环境的潜在威胁，研究航天器电子系统抗高能带电粒子、X射线等电磁辐射的综合防护技术及电子器件设计；研究提高空间电磁环境探测仪器灵敏度及分辨率的关键技术。实验室的研究成果将推动空间环境研究领域的科技进步和技术创新，服务我国及我省航空航天和电子信息产业，促进国家和地方经济建设发展。

 

3 主要研究方向

研究方向一：近地空间电磁环境建模研究

该方向带头人为国家杰出青年基金获得者肖伏良教授。该方向在国家杰出青年基金项目“径向扩散和波-粒相互作用对辐射带高能粒子的共同加速效应”、 国家自然科学基金重点项目“地球辐射带高能电子时空变化机制”以及18个国家自然科学基金项目和中国气象局公益性行业科研专项等支持下，在空间电磁环境基本动力学理论，波-粒相互作用产生的粒子随机加速和扩散过程，电磁波不稳定性与传播特性，以及波和粒子相互作用的数值模拟方法等方面取得了一些重要进展和原创性成果。该方向的主要研究内容包括：

（1）以空间和地面探测为基础，研究日地系统的空间天气基本过程及其规律，构建空间灾害性天气因果链集成模式，揭示空间天气事件的传播、演化、及耗散的整体变化过程；

（2）深入研究空间电磁环境特性，电磁波的不稳定性与传播特性，以及波-粒相互作用产生的高能电子随机加速与沉降损失机制。发展决定波-粒相互作用的Fokker-Planck方程的数值模拟新思路，新方法；

（3）全面了解地球辐射带高能粒子的演化规律及产生机制，建立波粒相互作用与径向扩散导致的高能粒子加速与沉降模型，并发展成一个普适性模式；

（4）开发出基于真实物理过程的辐射带高能电子通量变化的预报模式，为航天器与航天员免受高能粒子危害提供理论基础与预报手段。

研究方向二：电磁兼容与防护技术研究

该方向的带头人为湖南省芙蓉学者特聘教授、教育部新世纪优秀人才晁自胜教授。中科院院士，总装电磁兼容及防护技术专业组专家毛军发教授为该方向特聘教授。该方向在微纳电子器件设计、磁性材料改性、磁输运及磁器件设计等方面获得了15个国家自然科学基金项目的支持。该方向针对近地空间电磁环境的潜在威胁，研究空间探测仪器高速电子系统的电磁兼容和抗高能带电粒子、X射线等电磁辐射的综合防护技术及微纳电子器件设计技术， 在高速电路系统的互连技术与信号完整性、新型微波射频电路、电磁兼容与防护技术、新型电子器件设计等方面取得了一些重要进展。该方向针对近地空间电磁环境的潜在威胁，研究空间探测仪器高速电子系统的电磁兼容和抗高能带电粒子、x射线等电磁辐射的综合防护技术及微纳电子器件设计技术，主要研究内容包括：

（1）建立模型和机理分析。构建设备内部从器件、芯片到模块的由传导耦合、浪涌电流和电压引起的电、热击穿模型；分析近地空间电磁环境对电子系统天馈网络和内部结构产生破坏作用的机理与方式；发现电子系统受电磁辐射最易受损的薄弱之处，得到电子系统免遭破坏的电磁场门限阈值。

（2）电磁防护原理与方法。研究电子系统抗高能带电粒子、x射线等辐射的外壳屏蔽的理论与措施；研究提高内部结构从器件设计、电路设计到模块级联的抗电磁辐射作用能力的原理和新技术。

（3）电磁防护评估理论与方法。研究防护效能评估的理论与方法，得到电子系统抗高能带电粒子、x射线辐射的综合防护和微纳电子器件设计优化方案。

研究方向三：微弱信号检测与处理研究

该方向的带头人是国家科技支撑计划项目首席专家唐立军教授，长沙理工大学聘请了973和军口863项目首席专家张春熹教授为该方向特聘教授。该方向在多项国防重点项目、重大工程项目和国家自然科学基金项目的支持下，针对近地空间电磁环境探测，开展微弱信号检测与处理的研究，在近地空间电磁环境监测及分析方面取得了一些重要进展和成果。主要研究内容包括：

（1）空间环境微弱信号探测技术研究。基于微弱信号检测技术，研究近地空间背景磁场、等离子体电磁波及高能粒子的探测方法。

（2）微弱信号处理方法研究。主要针对空间环境探测中的微弱信号，研究在空间复杂电磁环境中的信号处理方法，搭建微弱信号处理的软硬件平台，实现微弱信号的提取、分析、传输及应用。

（3）噪声抑制及误差修正理论研究。主要针对空间探测仪器的噪声产生机理及误差处理及修正算法开展研究。针对空间工作环境中电磁干扰，建立探测仪器的噪声等效感应模型，研究弱信号检测中的噪声抑制理论；针对空间探测载荷在运行周期中的时间积累误差、材料疲劳误差、坐标系正交误差等进行分析，研究基于神经元网络、支持向量机等算法的误差修正理论。

以上三个研究方向彼此之间具有密切的有机联系。近地空间电磁环境的第一手研究资料来自于空间探测数据，基于地基和天基探测的空间环境监测能够验证空间天气理论假设，并促进空间天气理论的发展；微弱信号检测与处理技术是空间探测数据质量的关键；电磁兼容与防护技术有利于空间探测仪器的稳定和空间探测数据的可靠，空间电磁环境模型的建立则为空间电磁兼容与防护技术提供了研究背景。

 

4 实验室主要贡献

近5年来，实验室以应用研究、基础研究、产学研相结合的模式，先后承担国家及省部级以上科研项目59项，取得了在国内有一定影响的研究成果。先后发表学术论文300余篇，被SCI、EI收录200余篇。研究成果中有102项分别获得了国家发明专利和实用新型专利，有力地促进了相关学科的发展和工程实践。

 

5 资源配置与条件保障

 实验室现有面积2800多平方米，科研仪器设备资产达3100多万元。现有微波暗室及成套设备、高性能计算服务器集群、大容量存储系统、IBM小型机及集成电路设计软件等大型实验仪器设备36台套。

电磁屏蔽室

罗德施瓦茨EMI测试接收机

全/半波微波暗室

高性能存储系统

 

                                                                   刀片式计算集群