近年來，國外已經研制和建立了不同體制的雷達系統來監測中、高層(含距地表20～120km的臨近空間)大氣環境，成功發展了多個高層大氣風場模式。國内在高空大氣雷達方面也取得了一些進展，如中科院武漢實體與數學研究所建立了測風中頻雷達和流星雷達，研制的雙波長高空雷射雷達可實作對距地表30～110km中高層大氣和低電離層段的探測。中科院大氣實體研究所也研制出國内首台VHF/ST雷達。中國電波傳播研究所已在國内聯合研制或從國外引進可以覆寫臨近空間的低、中、高層系列大氣探測裝置和系統，可形成空間大氣環境綜合監測能力。相關大氣環境監測裝置和主要功能如下。
1.1.1無線電探空儀
無線電探空儀是能夠測定自由大氣各高度的氣象要素，并将氣象情報用無線電訊号發送到地面的遙測儀器。由于探空儀是在上升（或下降）過程中測量的，大氣要素随高度有較大的變化，是以要求探空儀感應元件應具有較高的靈敏度，準确度，感應快，量程大，儀器整體體積小、重量輕、牢固可靠，能經受風雲雨雪和高空強輻射的影響。依據測量内容不同，分為正常探空儀和特種探空儀。 正常探空儀借助探空氣球攜帶升空，是測量對流層、平流層氣象要素的主要儀器。它是由感應元件、轉換器和發射裝置三個部分組成。感應元件感應大氣溫度、氣壓、濕度等參數，采用變形元件（雙金屬片，空盒、腸衣）和電子元件（熱敏電阻、空盒、濕敏電阻或電容）兩類。轉換開關輪流将感應元件依次接入變換器，将氣象資訊變換成電信号。中國制探空儀的變換器采用電碼式和變低頻式兩種，發射裝置是一個高頻或超高頻發射機，以載波方式将氣象資訊發到地面。 特種探空儀是在正常探空儀的基礎上，根據不同的目的（如測定臭氧、平流層露點、各種輻射通量、大氣電場，監視低層大氣污染等）或不同儀器施放方式（如氣球升空或氣象飛機、氣象火箭、定高氣球下投等）派生了多種特殊探空儀，如臭氧探空儀，火箭探空儀等。
圖1‑2 氣球探空儀
圖1‑3 火箭探空儀
1.1.2中間層—平流層—對流層（MST）雷達
MST雷達是一種工作在VHF頻段的大氣層觀測專用無線電探測雷達，主要用于中間層、平流層和對流層中性大氣風場和氣體分子分布的觀測，進行中性大氣時空變化研究，可以為戰時武器系統和平流層飛艇等的運作提供背景參數，保證武器系統運作，并可以直接為臨近空間大氣環境變化的動力學過程監測和分析提供技術資料。
2011年子午工程在北京建成了MST雷達，該雷達采用全固态數字陣列脈沖多普勒體制，是國内首台可實作大氣高中低層風場探測的功率口徑積最大的相控陣雷達，設計先進，兼有無線電測距和多普勒測速功能的優點，并且在天氣惡劣情況下也可進行觀測，解決了中低層大氣風場的全天時、全天候監測的世界性難題。
圖1‑4 MST雷達天線陣
1.1.3中頻雷達
中層雷達利用中頻或高頻信号在電離層D區和E區的吸收來測量電離層電子密度和等效碰撞頻率，利用分立天線布陣技術還可以用它探測中性大氣風場。
中科院空間中心廊坊站的車載中頻雷達（見圖1‑5）采用了空間分布天線技術、子產品化設計和全固态功率合成技術，發射功率高達64kW，探測高度為60～100km，高度分辨率為2km，時間分辨率為2min。
圖1‑5 中科院空間中心廊坊站的中頻雷達天線陣
1.1.4流星雷達
流星雷達通過發射VHF波段的無線電波，接收低電離層高度（100km左右）由流星與大氣摩擦燒蝕産生的流星尾迹的反射回波，可獲得在70～110km高度範圍内大氣風場等各種環境參數。
圖1‑6 流星雷達天線
1.1.5雷射雷達
雙頻雷射雷達系統利用鈉共振熒光雷射雷達技術探測鈉層的密度分布，利用瑞利散射雷射雷達技術探測平流層至中層大氣溫度垂直分布廓線，利用米—拉曼散射雷射雷達探測對流層和平流層大氣氣溶膠消光系數垂直分布廓線。
子午工程北京延慶觀測站為雙波長三通道雷射雷達，可同時獲得近地面至110km的大氣後向散射回波信号，通過反演可得到地球空間環境的中高層大氣的密度、溫度、鈉層密度等大氣參數。低空米散射探測範圍從近地面到30km，高空瑞利散射探測範圍30~80km，高空鈉層熒光探測範圍80~110km。2009年12月，該系統成功擷取了米散射、瑞利散射和鈉熒光三通道後向散射回波信号。
圖1‑7 北京延慶雙頻雷射雷達
圖1‑8 雷射雷達的檢測控制系統
1.1.6非相幹散射雷達
非相幹散射雷達向高空電離層發射強功率脈沖信号，接收電離層散射回波電子密度、電子溫度、離子溫度、離子成分、等離子體速度參數。
美國麻省理工學院(MIT)磨石山(MillstoneHill)觀測站，是國際上久負盛名的電離層非相幹散射探測與研究基地，是美國國家自然科學基金委管轄支援的4個非相幹觀測站之一，也是美國本土唯一的非相幹散射雷達。該觀測站自70年代開始觀測，至今已有近30年的連續觀測記錄，并據此建立了龐大的資料庫，發展了強大的資料庫軟體管理系統(Madrigal)，提供了基于國際網際網路進行線上資料提取的平台；該台站已發表了一批關于中緯、亞極光區電離層特性的經典文獻，對電離層研究具有重大的貢獻。2002年，該台與中科院武漢實體與數學所進行長期合作、資料共享，包括長期無償使用該台30年積累的曆史資料和所有未來資料，并合作建立磨石山資料武漢鏡象網站。目前，Madrigal軟體系統及伺服器也已經在武漢實體與數學所成功建設，設于MIT的Madrigal總伺服器也已經将該所的鏡像伺服器正式列入其系列。
2012年子午工程在雲南曲靖建成了我國第一台非相幹散射雷達，該雷達是我國唯一的、全亞洲功能最強大的非相幹散射雷達，峰值功率2MW，平均功率100kw，工作頻率500MHz。
圖1‑9 雲南曲靖非相幹散射雷達
1.1.7高頻相幹散射雷達
高頻相幹散射雷達可以監測極區電離層場向排列的不均勻體及其運動，探測參數包括雷達回波強度、電離層對流速度、速度譜展寬，主要用于探測極區電離層對流和等離子體不均勻體的形成、演化等過程。
圖1‑10 南極中山觀測站的相幹散射雷達
1.1.8利用GPS等導航資料進行掩星探測
地球無線電掩星探測，主要利用正在被大氣遮掩的GPS衛星信号。導航星發射的信号，穿過地球電離層和大氣層，到達接收裝置時，由于電波垂直折射指數變化，路徑出現彎曲，引起附加信号延遲，由附加載波相位變化可計算出掩星剖面大氣的折射率及電離層的折射率，進而得到氣溫、氣壓、和水汽的分布（0～60km），及電離層電子密度分布(80千米～800千米)。地球無線電掩星探測具有全球分布、全天候、高垂直分辨率、高精度、高長期穩定性等諸多優點。正是由于該探測技術的優點，國際上該領域正在迅速發展，目前已有十幾個掩星探測計劃。台灣計劃發射的“中華”三号就是利用這一技術為核心開展的由6顆衛星組成的星座計劃。我國于2003年10月由總參氣象局、國家氣象局、中科院空間中心、武漢實體與數學研究所、航天部一院、北京合衆拓普公司等機關組成的試驗隊，在山西五台山（海拔約2880米）進行了國内首次的GPS掩星試驗，成功擷取了掩星資料。
中科院空間中心在國際上首次研制成功了相容北鬥和GPS掩星探測儀，于2013年9月23日在太原衛星發射中心搭載FY-3C衛星發射升空，9月29日成功接收北鬥掩星信号，這是國際上首次接收到的北鬥掩星信号。此外，GNOS掩星探測儀還同時實作了國内首次星載GPS L2C信号的接收，探測能力達到了國際同類儀器先進水準。GNOS掩星探測儀實作了GPS和北鬥雙系統相容的大氣和電離層探測，每天可以接收到的掩星事件多達千次，獲得上千幅大氣和電離層的剖面圖。
圖1‑11 FY-3C星GNOS掩星探測儀實物圖
圖1‑12 FY-3C星GNOS掩星探測儀9月30日獲得的北鬥掩星大氣折射率廓線
圖1‑13 FY-3C星GNOS掩星探測儀9月30日獲得的GPS掩星電子密度廓線