2025年大學(xué)《海洋技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——海洋通信技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.海水中電導(dǎo)率主要取決于哪些因素？（）A.鹽度、溫度、壓力B.水深、流速、風(fēng)向C.海洋生物、沉積物、化學(xué)物質(zhì)D.衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度、天線方向性、噪聲水平2.以下哪種通信方式主要利用海水作為傳輸介質(zhì)？（）A.衛(wèi)星通信B.船舶VHF通信C.水聲通信D.海底光纜通信3.海洋環(huán)境中的多徑效應(yīng)對(duì)通信主要產(chǎn)生什么影響？（）A.提高信號(hào)強(qiáng)度B.減小信號(hào)延遲C.導(dǎo)致信號(hào)失真和衰落D.增加頻譜利用率4.對(duì)于水下通信，以下哪種頻段通常具有最遠(yuǎn)傳輸距離，但帶寬較窄？（）A.VHF/UHF頻段B.中頻（MF）頻段C.低頻（LF）頻段D.超高頻（SHF）頻段5.海底光纜系統(tǒng)中，用于檢測(cè)光信號(hào)強(qiáng)度衰減的主要設(shè)備是？（）A.調(diào)制器B.解調(diào)器C.光功率計(jì)D.信號(hào)放大器6.水聲通信中，為了克服多途效應(yīng)和時(shí)變性，常采用哪種技術(shù)？（）A.頻率復(fù)用B.自適應(yīng)均衡C.分集接收D.跳頻擴(kuò)頻7.下列哪項(xiàng)技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)深海水下傳感器網(wǎng)絡(luò)（ASWSN）的關(guān)鍵？（）A.高功率無(wú)線發(fā)射B.能量收集與自供能C.大容量存儲(chǔ)D.超高速率傳輸8.在海洋資源開發(fā)（如油氣平臺(tái)）中，對(duì)通信系統(tǒng)的主要要求通常不包括？（）A.高可靠性與冗余B.實(shí)時(shí)性C.極高的帶寬D.抗強(qiáng)電磁干擾能力9.衛(wèi)星通信在海洋應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)是？（）A.傳輸速率低B.延遲大C.信號(hào)易受海水干擾D.成本低廉10.物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)在海洋監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的主要需求是？（）A.極高的傳輸速率B.大規(guī)模節(jié)點(diǎn)接入能力C.精確的定位能力D.低功耗二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.水聲通信由于海水對(duì)聲波的吸收隨__________的增加而顯著增加，限制了其通信距離。2.海底光纜系統(tǒng)是連接大陸與島嶼、跨越__________進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕A(chǔ)設(shè)施。3.水聲通信系統(tǒng)中的__________負(fù)責(zé)在發(fā)送端將基帶信號(hào)調(diào)制到聲波載波上。4.為了在復(fù)雜的海洋環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可靠的通信，水聲通信系統(tǒng)常采用__________和__________技術(shù)。5.海洋平臺(tái)或船舶移動(dòng)終端之間，特別是在視距內(nèi)，可采用__________或__________進(jìn)行通信。6.水下光通信（OWC）面臨的主要挑戰(zhàn)是__________和__________問(wèn)題。7.海洋通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮的因素包括傳輸距離、帶寬需求、__________、__________和系統(tǒng)成本。8.基于衛(wèi)星的海洋通信，根據(jù)覆蓋區(qū)域不同，可分為全球覆蓋、區(qū)域覆蓋和__________覆蓋。9.水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)（ASWSN）通過(guò)大量分布式的水聲傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋環(huán)境參數(shù)的__________和__________。10.近年來(lái)，利用__________或__________進(jìn)行水下通信的研究也逐漸增多，探索利用更高頻率或不同傳輸媒介的可能性。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述水聲通信與無(wú)線電通信在傳輸介質(zhì)上的主要區(qū)別及其帶來(lái)的影響。2.簡(jiǎn)述光纖通信在水下應(yīng)用相比于無(wú)線電通信（如VHF/UHF）的主要優(yōu)勢(shì)。3.簡(jiǎn)述海洋平臺(tái)或船舶移動(dòng)終端在惡劣海況下維持通信連接可能采用的技術(shù)手段。4.簡(jiǎn)述物聯(lián)網(wǎng)（IoT）在海洋監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，通信網(wǎng)絡(luò)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。四、論述題（每題10分，共30分）1.試述水聲通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及其在海洋觀測(cè)與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景。2.試分析衛(wèi)星通信技術(shù)在現(xiàn)代海洋交通運(yùn)輸中的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)及可能的改進(jìn)方向。3.試比較水聲通信和光纖通信在深海通信中的應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)特點(diǎn)及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。試卷答案一、選擇題1.A*解析：海水的電導(dǎo)率主要受鹽度（溶解的鹽類）、溫度（影響離子運(yùn)動(dòng)速度）和壓力（影響溶解度和離子活動(dòng)度）的影響。2.C*解析：水聲通信利用聲波在水中傳播，是水下通信的主要方式。衛(wèi)星通信和VHF通信利用電磁波在空中傳播。海底光纜通信雖利用光，但光纜本身是物理介質(zhì)，而非空氣或水中的無(wú)線傳播。3.C*解析：多徑效應(yīng)是指信號(hào)通過(guò)不同路徑到達(dá)接收端，造成信號(hào)在時(shí)間上重疊、干涉，導(dǎo)致信號(hào)失真（如碼間串?dāng)_）和強(qiáng)度起伏（衰落）。4.C*解析：低頻（LF）信號(hào)在水中的衰減相對(duì)較小，傳播距離較遠(yuǎn)，但帶寬有限。VHF/UHF衰減快，中頻和超高頻衰減更快。5.C*解析：光功率計(jì)用于測(cè)量光信號(hào)的功率大小，是檢測(cè)光信號(hào)在傳輸過(guò)程中因衰減等原因?qū)е碌膹?qiáng)度變化的關(guān)鍵設(shè)備。6.B,C*解析：自適應(yīng)均衡技術(shù)可以根據(jù)信道變化動(dòng)態(tài)調(diào)整濾波器參數(shù)，補(bǔ)償信道失真，克服多徑效應(yīng)和時(shí)變性。分集接收（如空間分集、頻率分集）通過(guò)接收多個(gè)經(jīng)過(guò)不同衰落的信號(hào)副本來(lái)提高可靠性。7.B*解析：深海環(huán)境能量匱乏，自供能（如利用海洋溫差、波浪能、水壓等收集能量）是維持水下傳感器長(zhǎng)期、自主運(yùn)行和通信的關(guān)鍵技術(shù)。8.C*解析：海洋資源開發(fā)對(duì)通信系統(tǒng)的要求是高可靠性、實(shí)時(shí)性、抗惡劣環(huán)境能力，但通常不需要極高的帶寬，除非用于高清視頻傳輸?shù)忍厥鈶?yīng)用。9.B*解析：衛(wèi)星通信存在“雨衰”等氣象效應(yīng)造成的信號(hào)衰減，且信號(hào)從地面到衛(wèi)星再返回地面有較大時(shí)延，導(dǎo)致延遲較大。10.B*解析：海洋監(jiān)測(cè)中的IoT應(yīng)用通常涉及大量低功耗、低數(shù)據(jù)率的傳感器節(jié)點(diǎn)，核心需求是網(wǎng)絡(luò)能夠支持大規(guī)模設(shè)備接入和連接管理。二、填空題1.頻率*解析：聲波的吸收損耗與頻率密切相關(guān)，頻率越高，吸收越大，衰減越快，限制了遠(yuǎn)距離通信。2.海底*解析：海底光纜系統(tǒng)鋪設(shè)在海底，是跨越海底進(jìn)行通信的骨干網(wǎng)絡(luò)。3.調(diào)制器*解析：調(diào)制器是實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)（Modem）功能的關(guān)鍵部件，將電信號(hào)（基帶信號(hào)）加載到高頻載波（聲波或光波）上。4.自適應(yīng)均衡；分集接收*解析：這是克服水聲信道時(shí)變和失真的兩種常用技術(shù)。自適應(yīng)均衡補(bǔ)償信道變化，分集接收提高可靠性。5.無(wú)線電（如VHF/UHF）；光纖（如水下光纜）*解析：視距內(nèi)（LoS）的海洋平臺(tái)或船舶可采用無(wú)線電通信，也可通過(guò)鋪設(shè)的水下光纜實(shí)現(xiàn)。6.傳輸損耗；色散*解析：光在水中傳輸會(huì)因吸收和散射而衰減（損耗），不同波長(zhǎng)的光傳播速度不同（色散）導(dǎo)致脈沖展寬。7.可靠性；安全性*解析：設(shè)計(jì)時(shí)需確保通信鏈路穩(wěn)定可靠，并考慮信息傳輸?shù)陌踩浴?.島域*解析：衛(wèi)星海洋通信根據(jù)覆蓋范圍可分為全球、區(qū)域和島域（覆蓋特定島嶼或海域）。9.同步；通信*解析：ASWSN需要保證各節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間和空間同步，并實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間或節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信。10.水聲無(wú)線電（UWC）；激光（水下光通信）*解析：探索利用更高頻段的無(wú)線電波（水聲無(wú)線電）或激光在水下進(jìn)行通信是兩種新興方向。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述水聲通信與無(wú)線電通信在傳輸介質(zhì)上的主要區(qū)別及其帶來(lái)的影響。*解析：水聲通信使用海水作為傳輸介質(zhì)，屬于聲波通信；無(wú)線電通信使用自由空間作為傳輸介質(zhì)，屬于電磁波通信。主要區(qū)別在于：①介質(zhì)不同，聲波在水中傳播速度遠(yuǎn)低于電磁波，衰減更大。②物理特性不同，水是導(dǎo)電介質(zhì)，對(duì)電磁波衰減極強(qiáng)，但對(duì)聲波相對(duì)透明（特定頻段）；水中存在復(fù)雜的聲學(xué)效應(yīng)（多徑、時(shí)變、吸收等）。影響：水聲通信距離受限（幾十至上百公里），帶寬窄（通常幾kHz至幾十MHz），系統(tǒng)復(fù)雜，抗干擾能力相對(duì)較弱；無(wú)線電通信距離遠(yuǎn)（視距離），帶寬可高得多，系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但易受干擾，水下衰減極大。2.簡(jiǎn)述光纖通信在水下應(yīng)用相比于無(wú)線電通信（如VHF/UHF）的主要優(yōu)勢(shì)。*解析：光纖通信在水下應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)在于：①傳輸損耗極低，帶寬極高，可以實(shí)現(xiàn)Gbps甚至Tbps級(jí)別的高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足大數(shù)據(jù)量、高分辨率觀測(cè)需求。②抗電磁干擾能力強(qiáng)，不受海洋環(huán)境電磁噪聲影響，信號(hào)質(zhì)量穩(wěn)定。③保密性好，不易被竊聽。主要劣勢(shì)是成本高、鋪設(shè)困難、易受物理?yè)p傷（如斷裂、彎折）、不易移動(dòng)、需要專門的連接和維修技術(shù)。3.簡(jiǎn)述海洋平臺(tái)或船舶移動(dòng)終端在惡劣海況下維持通信連接可能采用的技術(shù)手段。*解析：惡劣海況下，平臺(tái)/船舶運(yùn)動(dòng)會(huì)造成天線方向性改變、與其他終端距離快速變化、鏈路中斷等問(wèn)題?？赡懿捎玫募夹g(shù)手段包括：①使用具有高增益和寬波束的天線，或采用自適應(yīng)天線技術(shù)，跟蹤通信對(duì)象或保持對(duì)特定方向（如岸站衛(wèi)星）的連接。②采用冗余通信鏈路（如同時(shí)備用衛(wèi)星、短波、VHF），一旦主鏈路中斷立即切換。③利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如4G/5G）的切換機(jī)制，保持連接的連續(xù)性。④在水下采用聲學(xué)信標(biāo)或應(yīng)答器進(jìn)行定位和通信，雖然易受海況影響，但可提供基礎(chǔ)保障。⑤加強(qiáng)鏈路預(yù)算設(shè)計(jì)，預(yù)留更大的功率和信噪比余量。4.簡(jiǎn)述物聯(lián)網(wǎng)（IoT）在海洋監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，通信網(wǎng)絡(luò)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。*解析：海洋監(jiān)測(cè)IoT應(yīng)用中，通信網(wǎng)絡(luò)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題包括：①大規(guī)模節(jié)點(diǎn)接入與管理：需要支持成百上千個(gè)低功耗、資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)。②低功耗與自供能：傳感器節(jié)點(diǎn)通常由電池供電，通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫鑳?yōu)化功耗，或探索能量收集技術(shù)實(shí)現(xiàn)自供能。③可靠性與覆蓋：海洋環(huán)境惡劣，網(wǎng)絡(luò)需能在復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定連接，并實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。④數(shù)據(jù)融合與處理：可能需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣或中心進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合、預(yù)處理和分析。⑤安全性與隱私：大量傳感器采集的數(shù)據(jù)可能涉及敏感信息，需保證數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的安全。⑥成本效益：需要在滿足性能要求的前提下，控制網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本。四、論述題1.試述水聲通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及其在海洋觀測(cè)與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景。*解析：水聲通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要包括：①寬帶化與超寬帶化：追求更高的帶寬，以傳輸更高分辨率的數(shù)據(jù)（如高清視頻、精細(xì)頻譜信息），常采用相干調(diào)制、編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)。②智能化：利用人工智能技術(shù)進(jìn)行信道自適應(yīng)均衡、信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化、故障診斷等，提高通信性能和效率。③網(wǎng)絡(luò)化：發(fā)展水聲自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad-hoc）、水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)（ASWSN）和混合網(wǎng)絡(luò)（結(jié)合光、電通信），實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)協(xié)作、信息融合和區(qū)域覆蓋。④低功耗化：針對(duì)水下探測(cè)器和浮標(biāo)等長(zhǎng)期部署設(shè)備，研究低功耗通信協(xié)議和能量收集技術(shù)。⑤新頻率與新媒介探索：研究更高頻段（如VHF）的水下通信潛力，探索利用聲光調(diào)制、光聲效應(yīng)等新原理的通信方式。應(yīng)用前景：在水下觀測(cè)與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，這些技術(shù)將支撐更全面、實(shí)時(shí)、高精度的海洋環(huán)境參數(shù)（如溫度、鹽度、流速、流向、濁度、聲學(xué)特性）獲取，支持海底地形地貌測(cè)繪、海洋生物行為研究、水下資源勘探、水下基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)與維護(hù)、深?？瓶嫉?，為海洋科學(xué)研究和海洋資源可持續(xù)利用提供強(qiáng)大的信息支撐。2.試分析衛(wèi)星通信技術(shù)在現(xiàn)代海洋交通運(yùn)輸中的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn)及可能的改進(jìn)方向。*解析：應(yīng)用現(xiàn)狀：衛(wèi)星通信是遠(yuǎn)洋和極地船舶保持與外界聯(lián)系（船岸通信、船船通信）、接收導(dǎo)航定位信息（GPS/GNSS）、進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理（VMS）的關(guān)鍵手段。應(yīng)用包括：①distress呼叫（SOS）；②常規(guī)通信（E-mail,電話）；③船舶定位跟蹤；④航行數(shù)據(jù)記錄（VDR）上傳；⑤視頻監(jiān)控與遠(yuǎn)程操控；⑥岸基網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展（BGAN）提供區(qū)域移動(dòng)寬帶接入。面臨的挑戰(zhàn)：①成本高昂：衛(wèi)星終端、服務(wù)費(fèi)用是主要開銷。②延遲較大：往返地面或中繼衛(wèi)星的時(shí)延（幾百毫秒到幾秒）不適合實(shí)時(shí)交互。③可用性限制：受衛(wèi)星覆蓋區(qū)、遮擋（地形、船舶甲板）、惡劣天氣（雨衰）影響。④帶寬有限：傳統(tǒng)海事衛(wèi)星系統(tǒng)帶寬較低，雖Ka頻段等新系統(tǒng)有所改善，但成本更高。⑤安全性：易受干擾或竊聽。可能的改進(jìn)方向：①發(fā)展低成本、小型化、智能化的衛(wèi)星通信終端。②部署更多、更高頻段（Ka/Ku）的寬帶衛(wèi)星，提供更高吞吐量。③利用高通量衛(wèi)星（HTS）的波束成形技術(shù)提高區(qū)域覆蓋的容量和可靠性。④發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座（如Starlink），提供更廣泛的覆蓋和動(dòng)態(tài)接入能力。⑤與其他通信方式（如4G/5G海星項(xiàng)目）融合，提供無(wú)縫切換的移動(dòng)寬帶服務(wù)。⑥提升加密和抗干擾能力，保障通信安全。3.試比較水聲通信和光纖通信在深海通信中的應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)特點(diǎn)及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。*解析：應(yīng)用場(chǎng)景：①水聲通信：主要用于移動(dòng)平臺(tái)（船舶、水下航行器）之間、平臺(tái)/船舶與岸基/空基之間、水下傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、以及短距離固定連接（如海底基站與浮標(biāo)）的深海通信。是深海移動(dòng)通信和探測(cè)的主要手段。②光纖通信：主要用于固定鋪設(shè)的海底光纜系統(tǒng)，連接大陸、島嶼、海上平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離、高可靠性的深海通信骨干網(wǎng)，或用于固定式水下傳感器（如海底觀測(cè)網(wǎng)）的數(shù)據(jù)傳輸。技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)：|特性|水聲通信|光纖通信||----------|------------------------------|-----------