紀(jì)奕才，趙博，方廣有*，平勁松，吳偉仁，寧遠明，盧偉，周斌

（1. 中國科學(xué)院電磁輻射與探測技術(shù)重點實驗室 北京 100190；2. 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049；3. 中國科學(xué)院國家天文臺 北京 100012；4. 探月與航天工程中心 北京 100037）

在月球背面進行低頻射電天文觀測的關(guān)鍵技術(shù)研究

紀(jì)奕才1,2，趙博1，方廣有1,2*，平勁松3，吳偉仁4，寧遠明4，盧偉1,2，周斌1

（1. 中國科學(xué)院電磁輻射與探測技術(shù)重點實驗室 北京 100190；2. 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049；3. 中國科學(xué)院國家天文臺 北京 100012；4. 探月與航天工程中心 北京 100037）

月球具有足夠大的尺寸，能夠有效地遮擋來自地球的低頻電磁波干擾，因此月球背面是進行低頻射電天文觀測的最佳場所。本文論述了利用低頻射電頻譜儀在月球背面進行空間低頻射電天文觀測的意義，給出了低頻射電頻譜儀工作原理、科學(xué)探測目標(biāo)和系統(tǒng)組成。研究了低頻射電頻譜儀的設(shè)計，并采用低頻射電頻譜儀對北京中關(guān)村地區(qū)空中低頻電磁波輻射頻譜進行了試驗探測，結(jié)果表明：低頻射電頻譜儀能夠清晰地探測到 0.1~40 MHz 頻帶內(nèi)的廣播電臺及授時臺等發(fā)射的低頻電磁波信號。

射電天文；低頻射電頻譜儀；月球背面；太陽爆發(fā)

0 引 言

宇宙天體起源演化是自然科學(xué)中的基本問題之一，可在無線電波波段使用射電望遠鏡來探究。在低頻射電波段對來自太陽、行星和其它宇宙天體的電波信號進行精確測量，可為探究這些問題做出獨特的貢獻。地面射電觀測中，地球的電離層和磁層等離子體吸收和遮擋了低于10 MHz頻率的外太空電磁波，使得宇宙空間中低頻段的電磁波難以通過地球的電離層到達地面，在地球上無法實施觀測。特別地，頻率在0.1～1 MHz的射電天文觀測即使在空間中的探測也非常有限，幾乎是天文電磁波譜的一個空白領(lǐng)域。月球具有足夠大的尺寸，可以有效地遮擋來自地球的無線電波（干擾），在月面的夜間，還可以有效地遮擋來自太陽的電波，因此，月球背面是天文界公認的觀測低頻射電天文的最佳場所。在月球背面布設(shè)低頻天線開展0.1～40 MHz的低頻射電天文觀測，將進一步開創(chuàng)天文觀測的新領(lǐng)域，將有機會發(fā)現(xiàn)宇宙天體演化中的新現(xiàn)象、新規(guī)律。

自20世紀(jì)70年代以來，空間太陽射電探測漸漸成為一個持續(xù)的熱點，除RAE-1，RAE-2射電天文專用衛(wèi)星外，WIND，Ulysses等衛(wèi)星也相繼發(fā)射，用于太陽射電觀測，并對木星和太陽系其他大行星低頻射電進行了探測。到1987年止，已有30多顆衛(wèi)星進行了太陽射電空間觀測。歐洲航天局（ESA）1997年進行了月球背面月面甚低頻射電天文觀測的研究，并于2015年1月提出了在月球背面著陸的FARSIDE計劃，計劃于2025年向月球背面發(fā)射著陸器，在著陸器上搭載用于低頻射電信號觀測的射電頻譜儀，并與中繼星搭載的低頻射電頻譜儀進行干涉測量。20世紀(jì)90年代初，我國科學(xué)家就提出了星載VLF射電頻譜儀的相關(guān)構(gòu)想，提出了空間甚低頻射電干涉儀成像觀測方案，中國科學(xué)院國家天文臺和電子學(xué)研究所等單位相繼完成了甚低頻太陽射電頻譜儀的原理樣機，完成了利用空間或月基建立射電甚低頻陣列對太陽爆發(fā)現(xiàn)象進行成像觀測的研究，并對兩站系統(tǒng)的原理樣機進行了干涉試驗，取得了較好的結(jié)果。2014年我國提出了在月球背面著陸的探測計劃，并計劃搭載低頻射電頻譜儀進行太陽低頻射電觀測。

利用月球背面的著陸探測機會，布設(shè)低頻射電頻譜儀開展低頻射電天文觀測，對來自太陽系或宇宙的頻率為0.1～40 MHz的低頻射電輻射進行高時間–頻譜分辨率的觀測，實現(xiàn)對太陽系和太陽系以外宇宙空間低頻輻射電場的觀測，具有重要的科學(xué)意義。本文論述了低頻射電頻譜儀工作原理、科學(xué)探測目標(biāo)、系統(tǒng)組成和設(shè)計以及對空間中電臺信號的試驗測試結(jié)果。

1 工作原理與科學(xué)探測任務(wù)及意義

宇宙空間中的來波電場是矢量信號，根據(jù)矢量理論，來波電場可以分解為任意相互垂直的三個電場分量。因此，只要將這三個電場分量分別接收下來，根據(jù)電磁波傳播理論，通過對三分量電場觀測數(shù)據(jù)的后期分析和處理就可以獲得整個來波電場的強度和極化特性，并可以獲得電場的頻譜、時變等信息。另外，利用三分量電場的幅度和相位，通過數(shù)據(jù)處理，還可以獲得空間來波電場的波達角。

因此，低頻射電頻譜儀采用三分量有源天線單元A、B、C接收太陽爆發(fā)和宇宙空間來波電場信號相互垂直的三個分量，并通過對三分量電場觀測數(shù)據(jù)的分析和處理可獲得低頻電場的強度、頻譜、時變、偏振特性、來波方位等信息。

著陸器低頻射電頻譜儀安裝在“嫦娥4號”著陸器上，將搭載“嫦娥4號”探測器在月球背面著陸并進行工作，其科學(xué)探測任務(wù)主要是在月晝期間對太陽低頻射電特征進行探測，探測太陽II型III型射電爆發(fā)、日冕高層的百米波和千米波爆發(fā)和輻射特性，并利用月表電離層太陽爆發(fā)電場的截止特性，對著陸區(qū)上空的電離層等離子頻率及其變化特性、機制進行監(jiān)測研究。

同時，還可以對來自太陽系行星和太陽系以外宇宙空間低頻輻射電場進行觀測。例如：觀測研究來自木星等太陽系行星的低頻射電爆發(fā)；觀測研究銀河系低頻大尺度高分辨率輻射特性；探測強脈沖星低頻射電輻射特性。除此之外，還有機會探測繪制銀河系空間在著陸區(qū)可見區(qū)域及干涉可見區(qū)域電離氫的分布，揭示與甚低頻輻射關(guān)聯(lián)的超新星遺跡演化特征和宇宙線產(chǎn)生機制；觀測來自河外星系的甚低頻輻射，約束宇宙演化模式和再電離發(fā)生的時間；檢測Askaryan效應(yīng)產(chǎn)生的超高能宇宙線如中微子轟擊月球表面的甚低頻輻射事件，并通過干涉測量確定事件發(fā)生的位置。

圖 1 低頻射電頻譜儀三分量接收天線Fig. 1 Tripole antenna of the very low frequency radio spectrometer

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

為了實現(xiàn)上述科學(xué)探測任務(wù)，對低頻射電頻譜儀進行了方案設(shè)計，其系統(tǒng)組成及與著陸器綜合電子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系如圖 2所示。低頻射電頻譜儀主要由電子學(xué)單元、前置放大器、三根接收天線、電纜組件等部分組成，其中電子學(xué)單元由控制器、配電器、基準(zhǔn)時鐘模塊、多通道接收機、內(nèi)定標(biāo)組件、通訊接口、數(shù)傳接口等組成。

圖 2 低頻射電頻譜儀系統(tǒng)組成Fig. 2 System of the very low frequency radio spectrometer

低頻射電頻譜儀主要完成如下功能：與著陸器數(shù)據(jù)通訊，通過數(shù)據(jù)總線接收著陸器的數(shù)據(jù)注入，并將工程參數(shù)和遙測參數(shù)傳送至著陸器；控制內(nèi)定標(biāo)組件對接收機進行內(nèi)定標(biāo)，采集遙測信號和接收機輸出信號；對科學(xué)數(shù)據(jù)進行處理、組織與存儲等。配電器對著陸器提供的母線電源進行處理，并產(chǎn)生低頻射電頻譜儀所需的各類二次電源。通訊接口模塊與著陸器進行通訊。數(shù)傳接口通過LVDS數(shù)據(jù)總線與著陸器進行數(shù)據(jù)傳輸?；鶞?zhǔn)時鐘模塊用于產(chǎn)生低頻射電頻譜儀所需的精準(zhǔn)時鐘基準(zhǔn)。多通道接收機對天線輸出的信號進行低噪聲放大、濾波、增益控制，然后送至控制器上的ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。內(nèi)定標(biāo)組件產(chǎn)生標(biāo)定信號，并輸出至接收機進行測試，在控制器的控制下可以實現(xiàn)低頻射電頻譜儀的內(nèi)定標(biāo)功能。

低頻射電頻譜儀主要性能指標(biāo)要求如表 1所示。

表 1 低頻射電頻譜儀的主要性能指標(biāo)要求Table 1 Performance requirements of very low frequency radio spectrometer

2.1 控制器

低頻射電頻譜儀控制器由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、通訊接口模塊、遙測電路模塊、電源模塊、FPGA及數(shù)據(jù)處理模塊組成，組成框圖如圖 3所示。

圖 3 低頻射電頻譜儀控制器組成框圖Fig. 3 Block diagram of the VLFRS controller

低頻射電頻譜儀控制器控制和實現(xiàn)接收系統(tǒng)的所有工作時序，監(jiān)測低頻射電頻譜儀的工作狀態(tài)，主要完成如下功能：與著陸器數(shù)據(jù)通訊，通過數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)注入并將科學(xué)數(shù)據(jù)、工程參數(shù)和遙測參數(shù)進行打包封裝，按照協(xié)議要求配合讀取數(shù)據(jù)包及子系統(tǒng)的校時等任務(wù)；控制內(nèi)定標(biāo)組件、轉(zhuǎn)換接收機輸出信號模數(shù)、產(chǎn)生內(nèi)定標(biāo)信號、實時處理射電信號、采集遙測信號、組織和存儲科學(xué)數(shù)據(jù)和工程參數(shù)等功能?？刂破鞯闹饕O(shè)計參數(shù)如下。

1）模擬輸入信號范圍：2 Vpp；

2）采樣時間分辨率：10 ns；

3）模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)：14 bit；

4）數(shù)據(jù)傳輸率：不超過5 Mbit/s

2.2 接收機

低頻射電頻譜儀接收機，用于實現(xiàn)對天線接收到的信號進行濾波、放大等波形的調(diào)理功能，使得接收到的模擬信號可以被后端ADC模塊采集。接收機分為三路接收，用于三分量信號的調(diào)理及采集。接收機的技術(shù)指標(biāo)如表 2所示。

表 2 接收機技術(shù)指標(biāo)Table 2 Technical specifications of the VLFRS receivers

如圖 4所示，接收機具有3個模擬通道，每個通道的模擬部分由前端低通濾波器、運放、數(shù)控衰減器、兩級低噪放和后端低通濾波器等部分組成，接收機前端帶寬為40 MHz?？刂破魃系腁DC對模擬部分的輸出信號進行數(shù)字化，實現(xiàn)40 MHz內(nèi)低頻射電信號的接收，接收機靈敏度為6 nV/Hz1/2，動態(tài)范圍為86 dB，滿足設(shè)計要求。

在頻譜接收模式下，接收機完成一次完整的頻譜掃描總數(shù)據(jù)量約為82 Kb，每隔1 s采集一道完整頻譜，具體掃描時長取決于積分時間，因此頻譜接收模式下低頻射電接收機的數(shù)據(jù)率約為82 Kbps。在時域波形接收模式下，需要長時間連續(xù)觀測，為降低數(shù)據(jù)量，僅接收單個通道的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率約為4.8 Mbps。

圖 4 接收機前端模擬電路Fig. 4 Analog circuit of the receiver front-end

2.3 內(nèi)定標(biāo)模塊

內(nèi)定標(biāo)模塊用于接收機幅頻特性的定標(biāo)，采用的技術(shù)方案是利用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，產(chǎn)生定標(biāo)信號，通過一分三功分器傳輸給三通道接收機進行定標(biāo)。定標(biāo)信號與接收信號之間的切換，分別通過三路功分器以及模擬開關(guān)來實現(xiàn)。

在切換為內(nèi)定標(biāo)通路時，實現(xiàn)接收通道的環(huán)回測試，由此得到接收機模擬前端的幅頻特性，從而實現(xiàn)對接收通道傳輸特性變化的相對測量，為頻譜儀數(shù)據(jù)后處理提供接收通道誤差補償用的定標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.4 基準(zhǔn)時鐘模塊

基準(zhǔn)時鐘模塊是低頻射電頻譜儀的一個重要單元，其功能是產(chǎn)生各種高穩(wěn)定度的時鐘基準(zhǔn)信號。這些信號供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和FPGA等單元做時間基準(zhǔn)信號?；鶞?zhǔn)時鐘模塊內(nèi)部有恒溫晶振，可產(chǎn)生100 MHz時鐘，對時鐘信號進行必要的處理后輸出至控制器。低頻射電頻譜儀要求本振系統(tǒng)具有很高的相位穩(wěn)定性，這種高穩(wěn)定度的本振通過恒溫晶振來獲得的，要求其頻率穩(wěn)定度達到10–11（秒穩(wěn)）量級，飄移率達到10–9（天穩(wěn)）量級。恒溫晶振的電性能指標(biāo)為：

晶振頻率：100 MHz ± 0.02 kHz

溫度頻差：優(yōu)于 ±50 ppb（在–20～60 ℃內(nèi)）

短期頻率穩(wěn)定度：≤ ±0.02 ppb（1 s）

日老化：≤ 5 ppb

輸出阻抗：50 Ω

雜波抑制：≤ –75 dBc

2.5 有源接收天線設(shè)計

為實現(xiàn)低頻射電頻譜儀的科學(xué)探測目標(biāo)，低頻射電頻譜儀天線應(yīng)滿足工作頻帶寬、質(zhì)量輕、體積小、易于安裝、耐高低溫等技術(shù)要求。其技術(shù)指標(biāo)如表 3所示。

表 3 有源天線技術(shù)指標(biāo)Table 3 Technical specifications of the active antenna

2.5.1 天線原理與實現(xiàn)方案

為了實現(xiàn)空間矢量電場的接收和輻射源的空間定位，低頻射電頻譜儀接收天線采用三分量陣列形式，綜合考慮，選用單極子天線作為三分量陣列的天線單元（具有重量輕、易于收攏等特點，適用于航天探測任務(wù)）。低頻射電頻頻儀的工作頻率跨越LF、MF、HF及VHF四個頻段，波長從3 km變化到7.5 m，只有采用有源天線作為接收天線，才能滿足帶寬大、重量輕、體積小等要求。

當(dāng)空間中的來波電場平行于天線的分量為E1，則天線接收到的電壓為

可見，單極子天線的接收空間來波電場能力與天線有效長度成正比。但天線的長度并不是越長越好，因為單極子天線長度超過0.5波長時，天線上會出現(xiàn)反向電流，使天線方向圖出現(xiàn)副瓣。天線的長度大于0.7波長時，單極子天線的最大接收方向就會偏離θ = 90°方向。因此，當(dāng)天線的工作頻帶為0.1～40 MHz時，考慮最高頻率40 MHz的波長為7.5 m，因此，取天線長度為5.0 m。這樣，既可以提高頻率低端的接收電壓，又可以保證整個頻帶內(nèi)天線的最大接收方向都在θ = 90°方向，便于太陽爆發(fā)和宇宙空間來波電場的分析和處理。

長度為5 m、橫截面直徑30 mm的單極天線，垂直放置在著陸器模型上，其輸入阻抗仿真結(jié)果隨頻率的變化關(guān)系如圖 5所示。從圖中可以看出，天線的輸入阻抗在低頻段內(nèi)主要呈容性。

圖 6給出了5 m長的單極子在不同頻點處的輻射方向圖。從圖中可以看出，在全頻段內(nèi)天線的輻射方向圖為∞字形，且隨方位角和頻率的變化較小，但在高頻段，方向圖開始發(fā)生輕微的變形。

圖 5 5 m長天線的輸入阻抗Fig. 5 Input impedance of the 5 m long antenna

圖 6 單極子天線的輻射方向圖Fig. 6 Radiation pattern of the monopole antenna

2.5.2 前置放大器設(shè)計

低頻射電頻譜儀接收天線設(shè)計長度為5 m，在低頻段，由于天線的輻射阻抗較小，因此其輻射效率較低，如果再考慮輸入端口的失配損耗，則天線的增益將更低。為了實現(xiàn)接收天線的寬頻帶工作，一般的無源網(wǎng)絡(luò)無法滿足這樣的要求，通常采用前置放大電路實現(xiàn)全頻帶內(nèi)的阻抗匹配，同時對其低頻增益進行補償。有源天線組成如圖 7所示，圖中虛線部分即為前置放大器，其內(nèi)部的匹配網(wǎng)絡(luò)一般由晶體管或場效應(yīng)管構(gòu)成。

圖 7 有源天線組成框圖Fig. 7 Block diagram of the active antenna

圖 7所示的有源天線放大網(wǎng)絡(luò)中通常采用三級放大電路實現(xiàn)天線的匹配與接收信號的放大。第一級匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無源天線與后級放大電路之間的匹配，通常需要較高的輸入阻抗和較高的輸出阻抗；第二級放大電路實現(xiàn)接收信號的放大，通常需要較高的輸入阻抗和較高的輸出阻抗；第三級匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)前端放大電路與后端接收機之間的匹配，通常需要較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗。當(dāng)有源放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)要求較低，且系統(tǒng)噪聲要求較高時，可以將前兩級合并，采用兩級放大電路的方式實現(xiàn)天線的有源放大。

天線連接有源前置放大器后，稱之為有源接收天線。有源接收天線的等效電路如圖 8所示，電路中的電壓源Ua決定于無源天線的有效長度和空間電場強度，有源天線的輸出電壓可表示為

其中：Za和Zi分別為天線阻抗和前置放大器的輸入阻抗；AV為前置放大器的放大倍數(shù)。

圖 8 有源天線的等效電路Fig. 8 Equivalent circuit of the active antenna

天線的阻抗在低頻段主要呈容性，有源天線的輸出電壓可簡化為

式中：Ca為天線電容；Ci為前置放大器輸入電容。由式（3）可知，為了在低頻段獲得較好的接收靈敏度，必須使得前置放大器的輸入電容盡可能小，才能獲得好的傳輸特性，實現(xiàn)無源天線與接收機的良好匹配。根據(jù)上述分析，前置放大器在選擇器件時要選擇結(jié)電容較小的場效應(yīng)管與晶體管，盡量減小前置放大器的輸入電容。此外，無源天線與前置放大器之間的饋線長度要盡量短，當(dāng)饋線長度過長時，饋線與平臺之間會產(chǎn)生較大的寄生電容，進而引起前置放大器輸入電容明顯增加，降低天線的效率。前置放大器的增益則需根據(jù)系統(tǒng)探測要求來決定，需要保證天線能夠達到預(yù)定的接收靈敏度。前置放大器要求具有很低噪聲，選擇合適的場效應(yīng)管，其等效輸入噪聲可低至6 nV/Hz1/2。

2.5.3 三分量天線安裝要求

低頻射電頻譜儀天線共有三副，分別為接收天線A、接收天線B和接收天線C，三副天線均由前置放大器進行饋電。三副天線與前置放大器均安裝于著陸器頂板上側(cè)，其中接收天線A、B、C兩兩之間相互垂直。三副接收天線在探測器發(fā)射時處于收攏壓緊狀態(tài)，當(dāng)著陸器在月面安全著陸后，通過地面指令將天線釋放展開，天線展開狀態(tài)如圖 1所示。前置放大器安裝于接收天線A、B、C的附近。

低頻射電頻譜儀三副接收天線分別用于接收來自太陽爆發(fā)和宇宙空間的低頻電場矢量信號的三個分量，然后合成電場矢量的幅度，因此要求三副接收天線相互垂直。由于低頻射電頻譜儀天線展開后天線桿長度為5 m，月球重力約為地球的1/6，所以，天線桿的末端會受月球重力影響而下垂。為保證接收電場信號的準(zhǔn)確性，要求天線末端下垂的角度小于3°。

3 樣機研制與測試結(jié)果

完成了低頻射電頻譜儀的方案設(shè)計及原理樣機的研制（見圖9）。樣機接收靈敏度為8.9 nV/Hz1/2，動態(tài)范圍為77 dB，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。產(chǎn)品照片如圖 10所示。

為了驗證低頻射電頻譜儀的探測性能，低頻射電頻譜儀安裝在中國科學(xué)院電子學(xué)研究所東配樓樓頂，三副接收天線按照相互垂直方式安裝在金屬板上，如圖 10所示。采用低頻射電頻譜儀對北京中關(guān)村地區(qū)空間中的低頻輻射電磁波頻譜進行了探測，圖 11～13給出了三個通道的探測結(jié)果，從圖中可以看出，低頻射電頻譜儀能夠清晰地探測到0.1～40 MHz頻帶內(nèi)的廣播電臺信號、授時臺信號（5 MHz、10 MHz、15 MHz）等低頻電磁波輻射信號。

圖 9 低頻射電頻譜儀組成單元的照片F(xiàn)ig. 9 Photos of the components of VLFRS

圖 10 低頻射電頻譜儀安裝在樓頂進行空間電磁波接收試驗的照片F(xiàn)ig. 10 Photo of VLFRS installed on the rooftop to receive space electromagnetic waves

圖 11 天線A接收到的低頻電磁波頻譜Fig. 11 Spectrums of low frequency electromagnetic wave received by antenna A

圖 12 天線B接收到的低頻電磁波頻譜Fig. 12 Spectrums of low frequency electromagnetic wave received by antenna B

圖 13 天線C接收到的低頻電磁波頻譜Fig. 13 Spectrums of low frequency electromagnetic wave received by antenna C

4 結(jié)束語

在月球背面利用低頻射電頻譜儀進行太陽射電天文觀測，能夠?qū)μ柋l(fā)的低頻射電特征進行探測，并對著陸區(qū)上空的電離層等離子頻率及其變化特性、機制進行監(jiān)測研究。本文研究了低頻射電頻譜儀的關(guān)鍵技術(shù)，給出了低頻射電頻譜儀工作原理、科學(xué)探測目標(biāo)、系統(tǒng)組成和設(shè)計以及對空間中電臺信號的試驗測試結(jié)果。利用月球背面的著陸探測機會，布設(shè)低頻射電天線開展低頻射電天文觀測，將進一步開創(chuàng)天文觀測的新領(lǐng)域，實現(xiàn)對太陽系和太陽系以外宇宙空間低頻射電信號的觀測，填補0.1～10 MHz低頻射電天文方面的科學(xué)空白。

致謝：

本文的研究工作由國家探月工程二期“嫦娥4號”任務(wù)項目支持。

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YU D Y，WU X Y，WU W R. Review of technology development for Chinese lunar exploration program[J]. Journal of Deep Space Exploration，2016，3（4）：307-314.

通信地址：北京市海淀區(qū)北四環(huán)西路19號（100190）

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方廣有（1963– ），男，研究員，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：超寬帶雷達成像理論與方法、探地雷達技術(shù)、地下資源電磁勘探技術(shù)、月球/火星探測雷達技術(shù)、超寬帶天線理論與技術(shù)、左手材料、THz成像技術(shù)等。

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Key Technologies of Very Low Frequency Radio Observations on the Lunar Far-Side

JI Yicai1,2，ZHAO Bo1，F(xiàn)ANG Guangyou1,2*，PING Jinsong3，WU Weiren4，NING Yuanming4，LU Wei1,2，ZHOU Bin1
（1. Key Laboratory of Electromagnetic Radiation and Sensing Technology，Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China；2. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；3. National Astronomical Observatories，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100012，China；4. Lunar Exploration and Space Program Center，Beijing 100037，China）

The Moon has a large size，which can effectively block the low-frequency electromagnetic interference from the Earth，so the lunar far-side is the best place for low-frequency radio astronomical observation. In this paper，the significance of using a very low frequency radio spectrometer（VLFRS）for the low frequency radio astronomical observation on the back of the moon is discussed. And the goals，as well as the basic principles，design，composition and achievements of the VLFRS are described. Finally，experiments on the radiation spectrum of low frequency electromagnetic wave in Zhongguancun area，Beijing are analyzed. The results show that the low frequency radio signals in the 0.1~40MHz band, which are emitted by the radio stations and the time-service centers, can be clearly detected by the VLFRS.

radio astronomical observation；very low frequency radio spectrometer；lunar far side；Solar burst

P161

A

2095-7777（2017）02-0150-08

10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.008

紀(jì)奕才（1974– ），男，研究員，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：超寬帶雷達成像理論與方法、月球/火星探測雷達技術(shù)、超寬帶天線、電磁兼容等。

[責(zé)任編輯：宋宏，英文審校：朱魯青]

紀(jì)奕才，趙博，方廣有，等. 在月球背面進行低頻射電天文觀測的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 深空探測學(xué)報，2017，4（2）：150-157.

Reference format: Ji Y C，Zhao B，F(xiàn)ang G Y，et al. Key technologies of very low frequency radio observations on the lunar far side [J]. Journal of Deep Space Exploration，2017，4（2）：150-157.

2017-03-13

2017-03-28