本发明公开了一种月球观测系统由天文望远镜、地基微波辐射计、二维扫描机构和控制器组成，系统结构简单，易于实现。其中地基微波辐射计安装在二维转台上，由天文望远镜获取月球初始位置俯仰角度，由控制器对初始位置进行校准，并控制二维转台对月球轨迹进行自动跟踪扫描；月球亮温信号经天线反射进入天馈系统，极化分离后进入辐射接收机，经检波后可实时获取电压采集信号及方差曲线，并可同时计算得到月球亮温值，有效地提升了测试效率。本发明具有一定的通用性，可应用于基于不同频段地基微波辐射计的月球亮温测量中，探究微波辐射特性的稳定性和时间分布特性。