一种应用于月背的大口径射电望远镜系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于月背的大口径射电望远镜系统，包括：天线干涉阵列、电光转换链路、月面数字中心、中继发射天线、月球中继星和地面数据处理中心；其中，所述天线干涉阵列通过综合孔径干涉测量原理采集场景辐射信号，将场景辐射信号传输至所述电光转换链路；所述电光转换链路接收场景辐射信号，对场景辐射信号进行电光调制转换为光信号，并传输到所述月面数字中心；所述月面数字中心进行解调处理，并通过中继发射天线将调制信号传送至月球中继星并进行上变频转发后回送至所述地面数据处理中心进行大数据处理及反演成像。本发明专利技术为月基大口径射电望远镜的工程实现奠定重要基础。基大口径射电望远镜的工程实现奠定重要基础。基大口径射电望远镜的工程实现奠定重要基础。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于月背的大口径射电望远镜系统


[0001]本专利技术属于天线
，尤其涉及一种应用于月背的大口径射电望远镜系统。

技术介绍

[0002]在月球背面建设超长波射电望远镜阵列，开展Sub
‑
30MHz波段射电天文观测，实现对宇宙电离氢、太阳电爆、以及行星、类星体等甚低频射电信号的高分辨率探测，将有可能在宇宙学和太阳系外行星领域做出巨大探索发现。
[0003]现有中还没有有关月球背面建设射电望远镜，从而不能满足针对宇宙黑暗时代、背景辐射、以及系外行星等甚低频信号的探测要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种应用于月背的大口径射电望远镜系统，为月基大口径射电望远镜的工程实现奠定重要基础。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种应用于月背的大口径射电望远镜系统，包括：天线干涉阵列、电光转换链路、月面数字中心、中继发射天线、月球中继星和地面数据处理中心；其中，所述天线干涉阵列通过综合孔径干涉测量原理采集场景辐射信号，将场景辐射信号传输至所述电光转换链路；所述电光转换链路接收场景辐射信号，对场景辐射信号处理后得到光信号，通过光纤将光信号传输到所述月面数字中心；所述月面数字中心对光信号进行解调处理得到调制信号，并通过中继发射天线将调制信号传送至月球中继星并进行上变频转发后回送至所述地面数据处理中心进行大数据处理及反演成像。
[0006]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，所述天线干涉阵列包括中心致密阵和周围稀疏阵；其中，所述中心致密阵包括多个阵元；其中，多个阵元按照等边三角形周期性排布，整体形成一个正六边形致密阵列；所述周围稀疏阵沿所述中心致密阵的径向向外扩散。
[0007]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，所述中心致密阵中相邻两个阵元的距离为20m
‑
25m。
[0008]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，所述周围稀疏阵的每个臂的第n个阵元的中心距离距离第1个阵元的中心距离正比于n
2.2
。
[0009]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，一个阵元是一个天线子阵；其中，每个天线子阵包括偶极子单元、底板、爪型支撑座；其中，所述爪型支撑座的一端与所述底板相连接，所述爪型支撑座的另一端与所述偶极子单元相连接；天线子阵收拢时可形成一个正方形“盒式”结构，展开时使得四个爪型支撑座同时转动，并呈“花瓣式”展开。
[0010]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，偶极子单元的数量为16个，16个偶极子单元形成一个4
×
4等间距矩形排布的偶极子阵列结构。
[0011]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，所述偶极子单元包括四个辐射体、双极化馈电网络和中心支撑杆；其中，四个辐射体均和所述中心支撑杆相连接；所述双极化
馈电网络设置于所述中心支撑杆的顶端；每个辐射体包括馈电臂、辐射臂、伸缩臂和短路臂；其中，所述馈电臂的一端与所述中心支撑杆相连接，所述馈电臂的另一端与所述辐射臂的一端相连接，所述辐射臂的另一端与所述伸缩臂的一端相连接，所述伸缩臂的另一端与所述短路臂的一端相连接，所述短路臂的另一端与所述中心支撑杆相连接。
[0012]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，所述天线干涉阵列的输出响应通过如下公式得到：
[0013][0014]其中，R
c
为天线干涉阵列的输出响应，为源亮度，为方向矢量，v为观测频率，为基线函数，c为光速，dΩ为立体角积分。
[0015]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，所述天线干涉阵列为二维天线阵列时，天线干涉阵列的远场方向图为
[0016]F(u,v)＝f
e
(u,v)AF(u,v)；
[0017]其中，θ和分别表示天线干涉阵列在三维空间的俯仰角和方位角，f
e
(u,v)表示阵列单元有源方向图，AF(u,v)为阵因子，u和v均为空间频率函数。
[0018]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，阵因子AF(u,v)为：
[0019][0020]其中，A
mn
为二维矩阵第(m，n)个阵元激励幅度，m和n均为计数单位，M为矩阵行数，N为矩阵列数，k为波矢量，λ为自由空间波长，d为阵列间距。
[0021]上述应用于月背的大口径射电望远镜系统中，所述电光转换链路包括低噪放大处理器、AD处理器和电光调制器；其中，所述低噪放大处理器对场景辐射信号进行低噪放大处理后得到模拟信号，将模拟信号传输给所述AD处理器；所述AD处理器对将模拟信号处理得到数字信号后传输给所述电光调制器；所述电光调制器对数字信号处理得到光信号。
[0022]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0023](1)本专利技术涉及天线干涉阵、月面数据交互、以及中继星数据回传等系统构建，可实现优于1mJy的探测灵敏度和角秒级的空间角分辨率性能特性，填补了该领域的技术空白；
[0024](2)本专利技术的大口径天线干涉阵列布局设计，采用六边形致密阵+双Y形稀疏阵的新构型布局设计，在引入相对较少的天线阵元个数的条件下，一方面有效增加天线干涉阵列短基线密度与中心区灵敏度，另一方面有效增加了空间采样范围与角分辨率；
[0025](3)本专利技术的低剖面可展开天线子阵结构，可实现16个偶极子单元一体化收拢与展开，结构收纳比接近4:1，对于星载可收展天线的设计提供一种新解决方案，提升了火箭运载的效率；
[0026](4)本专利技术的超宽带双极化偶极子单元设计，该天线具备宽频带、小型化、易收拢的特点，采用特定的短路加载的方式，有效将天线横向包络尺寸减小接近50％，对于低频天
线的小型化设计具有重要借鉴意义。
附图说明
[0027]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0028]图1是本专利技术实施例提供的应用于月背的大口径射电望远镜系统的框图；
[0029]图2是本专利技术实施例提供的天线干涉阵列布局设计示意图；
[0030]图3是本专利技术实施例提供的天线子阵的示意图；
[0031]图4是本专利技术实施例提供的偶极子单元的示意图；
[0032]图5是本专利技术实施例提供的超宽带双极化天线单元结构展开示意图；
[0033]图6是本专利技术实施例提供的超宽带低频天线单元辐射方向图；
[0034]图7是本专利技术实施例提供的4
×
4天线子阵结构示意图；
[0035]图8是本专利技术实施例提供的天线阵列中心致密阵UV覆盖图；
[0036]图9是本专利技术实施例提供的天线阵列周围稀疏阵UV覆盖图。
具体实施方式
[0037]下面将参照附图更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于月背的大口径射电望远镜系统，其特征在于包括：天线干涉阵列、电光转换链路、月面数字中心、中继发射天线、月球中继星和地面数据处理中心；其中，所述天线干涉阵列通过综合孔径干涉测量原理采集场景辐射信号，将场景辐射信号传输至所述电光转换链路；所述电光转换链路接收场景辐射信号，对场景辐射信号处理后得到光信号，通过光纤将光信号传输到所述月面数字中心；所述月面数字中心对光信号进行解调处理得到调制信号，并通过中继发射天线将调制信号传送至月球中继星并进行上变频转发后回送至所述地面数据处理中心进行大数据处理及反演成像。2.根据权利要求1所述的应用于月背的大口径射电望远镜系统，其特征在于：所述天线干涉阵列包括中心致密阵和周围稀疏阵；其中，所述中心致密阵包括多个阵元；其中，多个阵元按照等边三角形周期性排布，整体形成一个正六边形致密阵列；所述周围稀疏阵沿所述中心致密阵的径向向外扩散。3.根据权利要求2所述的应用于月背的大口径射电望远镜系统，其特征在于：所述中心致密阵中相邻两个阵元的距离为20m
‑
25m。4.根据权利要求2所述的应用于月背的大口径射电望远镜系统，其特征在于：所述周围稀疏阵的每个臂的第n个阵元的中心距离距离第1个阵元的中心距离正比于n
2.2
。5.根据权利要求2所述的应用于月背的大口径射电望远镜系统，其特征在于：一个阵元是一个天线子阵；其中，每个天线子阵包括偶极子单元、底板、爪型支撑座；其中，所述爪型支撑座的一端与所述底板相连接，所述爪型支撑座的另一端与所述偶极子单元相连接；天线子阵收拢时可形成一个正方形“盒式”结构，展开时使得四个爪型支撑座同时转动，并呈“花瓣式”展开。6.根据权利要求5所述的应用于月背的大口径射电望远镜系统，其特征在于：偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：万继响，王旭东，刘佳，王欢，王浩，陶啸，张乔杉，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：