2025年大學(xué)《海洋技術(shù)》專業(yè)題庫——水下聲波通信技術(shù)的研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪種因素不是影響水中聲速的主要因素？()A.水溫B.水壓（深度）C.水的鹽度D.水中溶解氣體的類型2.水下聲波傳播時，信號幅度隨距離增加而衰減的主要原因是？()A.聲波頻率增加B.多普勒效應(yīng)C.介質(zhì)吸收和散射D.水面反射3.在水下聲波通信中，多徑效應(yīng)主要是由什么引起的？()A.聲波在水中傳播速度過快B.聲波遇到潛艇或魚群C.聲波在水面和底面多次反射D.發(fā)射換能器故障4.以下哪種調(diào)制方式通常在水下聲波通信中具有較好的抗干擾能力？()A.調(diào)幅（AM）B.調(diào)頻（FM）C.幅度調(diào)制D.相位調(diào)制5.水下聲波通信系統(tǒng)性能評估中，聲納方程主要考慮哪些因素？（多選，請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）A.發(fā)射功率B.接收靈敏度C.聲波頻率D.信道帶寬E.傳播損耗6.對于深海（數(shù)千米）水下聲波通信，通常更傾向于使用哪種頻段？()A.低頻（<1kHz）B.中頻（1-10kHz）C.高頻（>10kHz）D.以上皆可，取決于具體需求7.水下聲波通信中，為了克服多徑干擾，常采用哪種技術(shù)？()A.增大發(fā)射功率B.調(diào)整聲波頻率C.自適應(yīng)濾波D.使用單向通信8.水下聲波通信系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)之一是有限的帶寬，這主要限制了？()A.通信距離B.傳輸數(shù)據(jù)速率C.發(fā)射功率D.接收靈敏度9.以下哪個物理現(xiàn)象是限制水下聲波通信距離的關(guān)鍵因素？()A.聲波的多普勒頻移B.信號的平均功率C.聲波的擴散和衰減D.接收端的信噪比10.利用水聽器陣列進行水下聲波信號處理，其主要目的是什么？（多選，請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）A.增強信號接收能力B.濾除環(huán)境噪聲C.定位聲源方向D.提高數(shù)據(jù)傳輸速率二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上）1.水下聲波通信的信道具有______、______和______等特點。2.在淺海環(huán)境中，聲波的傳播路徑會受到______和______的顯著影響。3.聲波在介質(zhì)中傳播時，頻率越高，衰減通常______（填“越大”或“越小”）。4.水下聲波通信中常用的聲換能器有______和______兩種基本類型。5.為了在水中有效地傳輸信號并接收回聲，水下聲納系統(tǒng)通常采用______原理。6.在水下聲波通信系統(tǒng)中，______編碼通常用于提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?.信道編碼可以通過增加一定的冗余信息來實現(xiàn)對______的檢測和糾正。8.水下聲波通信的帶寬通常受到______和______的限制。9.與有線通信相比，水下聲波通信的主要優(yōu)勢在于______，主要劣勢在于______。10.水下聲波通信系統(tǒng)設(shè)計中，必須考慮的主要環(huán)境因素包括______、______和______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述水下聲波傳播的多徑效應(yīng)及其對通信產(chǎn)生的主要影響。2.簡述調(diào)頻（FM）調(diào)制方式在水下聲波通信中的應(yīng)用優(yōu)勢。3.簡述聲納方程中，傳播損耗主要由哪些因素決定？4.簡述自適應(yīng)濾波技術(shù)在水下聲波通信系統(tǒng)中的作用。四、計算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一水下聲波通信系統(tǒng)工作在頻率為1kHz的中頻段，聲波在海水中的傳播速度為1500m/s，發(fā)射換能器與接收換能器相距1000米。已知發(fā)射信號功率為1W，聲波在海水中的衰減系數(shù)為0.005dB/m。請計算：(1)聲波到達(dá)接收換能器時的功率；(2)若接收換能器需要接收到的信號功率至少為10^-12W才能解調(diào)，此距離下系統(tǒng)是否滿足要求？2.某水下聲波通信系統(tǒng)采用相位調(diào)制，載波頻率為10kHz，調(diào)制指數(shù)為0.5。請計算該通信系統(tǒng)的帶寬。五、論述題（每題15分，共30分）1.試論述影響水下聲波通信系統(tǒng)性能的主要因素有哪些？并說明如何針對其中幾個關(guān)鍵因素進行系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化。2.隨著海洋開發(fā)的深入，對水下聲波通信提出了更高的要求。請論述當(dāng)前水下聲波通信領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)，并簡述幾種可能的解決方案或研究方向。---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.B5.ABCE6.A7.C8.B9.C10.ABC二、填空題1.延遲、擴展、衰落2.海底地形、海面3.越大4.水聲換能器、壓電換能器5.聲波反射6.差錯7.錯誤8.傳播損耗、多徑干擾9.無線通信自由、帶寬受限、信噪比低、延遲大10.水深、溫度剖面、鹽度剖面三、簡答題1.解析思路：首先說明什么是多徑效應(yīng)（聲波經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收端的現(xiàn)象），然后描述其產(chǎn)生的原因（如水面、底面、海面物體反射），最后分析其對通信的影響（如信號失真、衰落、時延擴展，可能導(dǎo)致解調(diào)困難）。2.解析思路：說明FM調(diào)制的基本原理（頻率隨幅度變化），然后分析其在水下環(huán)境的優(yōu)勢（抗干擾能力強，尤其在頻率起伏較大的信道中表現(xiàn)好，對衰減不敏感）。3.解析思路：回顧聲納方程的基本形式，指出傳播損耗是衡量信號在傳播過程中能量衰減的指標(biāo)，然后列出決定其大小的主要因素（發(fā)射功率、接收靈敏度、頻率、距離、傳播介質(zhì)特性——衰減系數(shù)和擴散損失）。4.解析思路：解釋自適應(yīng)濾波的基本概念（濾波器系數(shù)根據(jù)輸入信號特性自動調(diào)整），說明其在水聲通信中的作用（抑制由多徑、環(huán)境噪聲等引起的干擾信號，提高信噪比，改善通信質(zhì)量）。四、計算題1.解析思路：(1)計算總傳播距離（考慮來回，即2000m），根據(jù)衰減系數(shù)計算總衰減值（2000m*0.005dB/m），利用對數(shù)關(guān)系或指數(shù)關(guān)系計算功率衰減倍數(shù)（10^(-總衰減值/10)），再計算接收功率；(2)比較計算得到的接收功率與所需最小接收功率，判斷是否滿足要求。答案：(1)接收功率P_r=P_t*10^(-α*L/10)=1W*10^(-0.005dB/m*2000m/10)=1W*10^(-0.1)=0.794W=7.94*10^-1W(或79.4mW)；(2)79.4mW>>10^-12W，系統(tǒng)滿足要求。2.解析思路：根據(jù)相位調(diào)制帶寬公式B≈2*fm*β，其中fm為載波頻率，β為調(diào)制指數(shù)，代入數(shù)值計算。五、論述題1.解析思路：首先列出影響性能的主要因素（如聲學(xué)環(huán)境——聲速、衰減、多徑、噪聲；系統(tǒng)參數(shù)——頻率、功率、帶寬；調(diào)制解調(diào)方式；信道編碼；設(shè)備性能等）。然后選擇其中幾個關(guān)鍵因素（如多徑干擾、噪聲、帶寬限制），分別闡述其如何影響性能，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施（如采用自適應(yīng)均衡技術(shù)對抗多徑，使用低噪聲接收機，采用擴頻技術(shù)或更高階調(diào)制增加帶寬等）