北京空间环境国家野外科学观测研究站（简称北京空间环境国家野外站，Beijing National Observatory of Space Environment）是2007年经科技部批准建立的国家野外科学观测研究站。北京空间环境国家野外站定位于我国中低纬空间环境综合观测、空间物理理论与应用基础研究，综合了空间物理学、地球与空间探测技术两个二级学科，形成了具有鲜明特色和典型学科代表性的四个方向：电离层物理学、中高层大气物理学、地磁学和空间探测技术，聚焦于我国中部空间环境多尺度扰动变化特性和地磁、中高层大气与电离层连续观测研究。
北京空间环境国家野外站在观测上立足北京主站，发展“一站四场三链”多设备综合网络（图1）监测我国中低纬空间环境大范围结构与变化；在科学上开展空间环境“南北耦合、上下耦合”等重大科学问题基础研究和电离层空间天气应用基础研究，侧重低纬赤道源区对中纬空间环境的影响和驱动过程；在技术上突出对空间环境物质迁移和不同圈层能量耦合过程的实验探测诊断分析；在数据上积极推动共享和利用，建立国际化的空间环境数据共享服务平台和镜像站。
图1 北京空间环境国家野外站实验观测场地和设备分布图
北京空间环境国家野外站拥有电离层测高仪、流星雷达、相干散射雷达、非相干散射雷达、GNSS监测仪、磁力仪、流星光学等监测设备，对电离层、地磁和中高层大气三个领域方向开展长期定位科学观测。
1.电离层观测
1.1.电离层测高仪
通过垂直发射扫频高频脉冲波，当电波频率等于电离层等离子体频率时，信号发生反射。测量从电离层反射回波到达接收机的时间延迟，获得各频率点电离层虚高，即频高图。从观测到的频高图，可度量反演获得电离层参数、电子浓度剖面等。北京空间环境国家野外站在北京主站和武汉、乐东、三亚、桂林实验观测场布设有电离层测高仪对我国中低纬地区电离层特征参数和电离层结构（电子浓度剖面）开展长期连续观测，积累了长时间观测数据，其中武汉实验观测场的电离层观测开始于1946年，形成了我国历史最长的电离层观测数据资料。
图2 电离层测高仪
1.2.电离层TEC和闪烁观测仪
电离层TEC和闪烁观测仪利用GNSS（全球导航卫星系统）卫星信标测量监测电离层电子浓度总含量（TEC）和卫星信号穿越电离层引起信号的幅度闪烁和相位闪烁。实时获得观测点上空多点的电离层TEC、电离层闪烁和不均匀结构随时间和空间变化。北京空间环境国家野外站建立了东亚/东南亚电离层不均匀体和闪烁监测网，观测电离层不均匀体和闪烁的产生、演变过程。
图3 电离层GNSS TEC和闪烁监测仪
1.3.电离层相干散射雷达
采用天线阵合成垂直于地球磁力线窄雷达波束，当电离层中存在沿磁力线场向分布的不均匀体，其中不均结构尺度为雷达信号波长一半时，会对雷达信号引起很强的后向散射（布拉格散射），通过测量雷达信号的这些散射回波，可获得电离层不均匀体散射强度随时间高度变化，不均匀体多普勒频移和谱宽，从而观测研究电离层中不均匀体特性和时空变化规律。
图4 SIA24/6 VHF相干散射雷达
2.地磁观测
地磁场是一个随时间和空间变化的矢量场，通常采用观测点直角坐标系来描述。地磁场矢量的七要素分别为：北向分量X、东向分量Y、垂直分量Z、水平强度H、磁偏角D、磁倾角I和总强度F。由于这七个参量不是独立的，一般选择测量三个独立的地磁要素来描述地磁场变化。通常相对观测使用HDZ要素，绝对观测使用FDI要素。北京空间环境国家野外站拥有地磁绝对观测和相对记录，形成对地磁场三分量及变化的测量，并标准化处理为国际INTERMAGNET数据格式和IAGA2002数据格式。
图6 地磁观测系统
3.中高层大气观测
3.1.全天空无线电流星雷达
通过发射一定频率无线电波，接收在70到110公里高度范围上，由于流星进入地球高层大气与大气摩擦烧蚀产生的电离气体余迹的反射回波，并经分析计算从而获得该高度范围内流星通量、流星速度、大气扩散速度（可进一步推出大气温度 ）、大气风速矢量等各种高层大气的参数。北京空间环境国家野外站在北京主站，武汉、乐东实验观测场建有同类型全天空无线电流星雷达，开展覆盖中纬到低纬的地基中高层大气连续观测。
图7 全天空无线电流星雷达
4.流星观测
4.1.流星不均匀体多波段探测系统
流星不均匀体多波段探测系统（英文简称：MIOS）包括多站光学子系统和无线电雷达子系统。MIOS多站光学子系统位于乐东、三亚实验观测场，用于观测光学流星轨迹和光谱。MIOS无线电雷达子系统位于乐东实验观测场，包括相控阵天线阵列和全天空天线阵列。MIOS的探测对象为各种流星回波和场向、非场向不均匀体，并能够对回波进行精确定位，揭示场向和非场向不均匀体的结构演变，并确定产生/不产生不均匀体的流星体的特性。
图8 MIOS相控阵天线阵列、光学摄像头观测阵和室内主机