对于日地环境耦合过程的深入探测以及对空间天气的实时监测将有助于保障人类日益频繁的空间活动。其中空间电场的探测数据可用于揭示空间粒子能量来源和加速机制、极区物质的上行与逃逸以及太阳风能量向地球磁层-电离层的转换和输运等关键问题,因而电场的精确测量对于相关科学目标的实现有着极其重要的作用。然而,由于浸入等离子体中的卫星与背景环境的相互作用,使得常用的双球型探针的探测精度受影响大。因此本文通过使用SPIS(Spacecraft Plasma Interaction Software)软件数值模拟卫星与等离子体的相互作用,并分析耦合过程对卫星和探针电位的影响。分析结果表明:1)在相同的等离子体环境下,尽管德拜半径相同,但是尺寸越小的物体其电势下降的越快;2)在卫星附近起屏蔽作用的主要为光电子和二次电子,这些低温粒子的参与使得卫星的鞘层远小于德拜半径,且背景等离子体温度越高,差异越大;3)根据模拟结果,我们给出了在不同等离子体环境中卫星的鞘层厚度以及对电场仪伸杆长度的建议值;4)通过研究探针的鞘层在不同等离子体环境下的伏安特性曲线,验证了偏置电流的引入可以有效提高探针的探测精度,且可以明显降低鞘层的阻抗,同时我们也给出了在不同等离子体环境中探针最佳工作点的偏置电流。本工作对今后磁层卫星电场仪仪器的工程研制以及卫星平台的设计都提供了重要的参考价值,也可有助于对磁层卫星电场数据的处理。另外电磁环境中的粒子激发和能量耗散是空间、天体物理和实验室领域长期存在的问题和研究热点。然而理解这些能量转换过程的一个主要挑战是物理过程在空间和时间尺度上的耦合,特别是在微小的空间尺度和快速的时间尺度上的耦合。本文利用磁层多尺度(MMS)卫星的高精度数据研究了一个电子尺度磁洞结构内电子通过电场加速的过程:1)通过对观测结果的分析,我们研究了磁洞的三维结构且首次发现了这类小尺度结构的收缩过程,并对收缩的机制做出了合理的解释;2)结合观测结果,我们分析了结构内的电场分布与电子的加速过程,并提出了一个新的非绝热加速过程,该物理过程具有很强的能量依赖性,并且可以改变电子的分布;3)提出了了一个新的磁洞三维磁场数值模型,并且利用我们独立开发的测试粒子代码对电子在磁洞的运动进行数值模拟,模拟结果显示收缩磁洞对影响电子的投掷角分布,且模拟结果与观测吻合地较好,从而验证了我们的理论分析。该结果对于理解小尺度结构以及湍流中的能量耗散,以及对未来电场仪对此类小结构的探测有一定的意义。