2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——行星射電信號傳播性能對通信系統(tǒng)影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.射電波在自由空間中的傳播速度最接近于：A.光速B.聲速C.地球表面平均風速D.水平方向上的平均風速2.下列哪一項不是影響射電波在行星大氣中傳播的主要因素？A.大氣密度B.大氣成分C.大氣溫度D.行星表面顏色3.當射電波從低密度介質(zhì)進入高密度介質(zhì)時，其折射角通常：A.大于入射角B.小于入射角C.等于入射角D.無法確定4.多普勒效應會導致接收到的射電信號：A.頻率升高B.頻率降低C.頻率不變D.強度增強5.在行星際通信中，信噪比主要受以下哪一項因素的影響？A.發(fā)射功率B.接收機靈敏度C.噪聲水平D.以上所有6.下列哪種調(diào)制方式通常用于對噪聲敏感的射電通信系統(tǒng)？A.幅移鍵控(ASK)B.頻移鍵控(FSK)C.相移鍵控(PSK)D.正交相移鍵控(QPSK)7.為了提高射電通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，通?？梢圆捎靡韵履姆N方法？A.降低發(fā)射功率B.使用更長的波長C.采用更高級的調(diào)制解調(diào)技術D.增加信噪比8.行星際噪聲的主要來源之一是：A.地球上的無線電發(fā)射B.行星自身的射電發(fā)射C.宇宙背景輻射D.以上所有9.在設計行星射電通信系統(tǒng)時，需要考慮的關鍵因素之一是：A.天線方向性B.通信距離C.行星自轉(zhuǎn)速度D.以上所有10.下列哪一項技術可以有效提高射電通信系統(tǒng)在強噪聲環(huán)境下的性能？A.信道編碼B.信號放大C.天線罩D.以上所有二、填空題1.射電波的波長與其頻率成__________比。2.射電波的傳播速度在真空中等于__________。3.行星電離層對射電波的主要影響包括__________、__________和__________。4.多普勒頻移的大小與射電信號源和接收機之間的相對速度以及射電波的頻率__________。5.信噪比通常用__________來表示。6.調(diào)制解調(diào)技術的目的是將接收到的__________信號轉(zhuǎn)換為__________信號。7.行星際噪聲的主要類型包括__________和__________。8.天線方向性是指天線在不同方向上的__________。9.信道編碼的主要目的是提高通信系統(tǒng)的__________。10.行星射電信號傳播的時延主要取決于__________和__________。三、計算題1.假設一射電信號源以0.1c的速度遠離地球，其發(fā)射頻率為1GHz。求接收到的信號頻率是多少？(c為光速，保留兩位小數(shù))2.假設某行星電離層的電子密度為100electrons/m3，射電波的頻率為100MHz。求該射電波在該電離層中的臨界頻率是多少？(保留兩位小數(shù))3.假設某行星射電通信系統(tǒng)的發(fā)射功率為1kW，接收機天線增益為20dB，距離為1億公里，系統(tǒng)噪聲溫度為100K。求接收機接收到的信號功率是多少？(保留兩位小數(shù))四、簡答題1.簡述射電波在行星大氣中傳播時會發(fā)生哪些現(xiàn)象，并解釋其對通信系統(tǒng)的影響。2.簡述多普勒效應對行星射電通信系統(tǒng)的影響，并提出相應的補償方法。3.簡述信道編碼的基本原理，并說明其在提高通信系統(tǒng)性能方面的作用。五、論述題結合具體行星的射電信號傳播特性，論述如何設計一個高效、可靠的行星射電通信系統(tǒng)，并分析其面臨的主要挑戰(zhàn)和解決方案。試卷答案一、選擇題1.A2.D3.B4.A5.D6.C7.C8.B9.D10.A二、填空題1.反2.光速3.折射，反射，散射4.成正比5.信噪比(SNR)6.模擬，數(shù)字7.天體噪聲，大氣噪聲8.輻射強度9.抗干擾能力10.通信距離，信號傳播速度三、計算題1.解析：根據(jù)多普勒效應公式，f_r=f_s*(c/(c+v_s))，其中f_r為接收頻率，f_s為發(fā)射頻率，c為光速，v_s為信號源遠離接收機的速度。代入數(shù)據(jù)，f_r=1GHz*(3e8m/s/(3e8m/s+0.1*3e8m/s))=0.9375GHz。答案：0.9375GHz2.解析：根據(jù)臨界頻率公式，f_c=sqrt(8.9875e9*N_e)，其中f_c為臨界頻率，N_e為電子密度。代入數(shù)據(jù)，f_c=sqrt(8.9875e9*100electrons/m3)=9.48e7Hz=94.8MHz。答案：94.8MHz3.解析：首先將所有單位統(tǒng)一為國際單位制。發(fā)射功率P_t=1kW=1000W，接收機天線增益G_r=20dB=10^(20/10)=100，距離R=1億公里=1e8km=1e11m，系統(tǒng)噪聲溫度T_n=100K。根據(jù)自由空間路徑損耗公式L=(4πR/c)^2，代入數(shù)據(jù)，L=(4π*1e11m/3e8m/s)^2=1.41e16。接收機接收到的信號功率P_r=P_t*G_r/L*(k*T_n*ln(2))，其中k為玻爾茲曼常數(shù)，k=1.38e-23J/K。代入數(shù)據(jù)，P_r=1000W*100/1.41e16*(1.38e-23J/K*100K*ln(2))=7.89e-14W。答案：7.89e-14W四、簡答題1.解析：射電波在行星大氣中傳播時主要會發(fā)生折射、反射和散射現(xiàn)象。折射會導致射電信號傳播路徑彎曲，影響通信距離和信號延遲。反射會導致多徑效應，造成信號失真和干擾。散射會導致信號能量分散，降低信號強度。這些現(xiàn)象都會對通信系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不利影響，需要在系統(tǒng)設計和信號處理中進行考慮和補償。2.解析：多普勒效應對行星射電通信系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在接收到的信號頻率會發(fā)生偏移，導致信號失真和通信錯誤率增加。為了補償多普勒效應，可以采用相干解調(diào)技術，通過對接收到的信號進行頻率補償，恢復原始信號頻率。此外，也可以采用自適應濾波技術，消除多普勒引起的失真。3.解析：信道編碼的基本原理是在原始信息碼元中添加冗余碼元，使得接收機能夠檢測和糾正傳輸過程中發(fā)生的錯誤。信道編碼通過增加碼元的傳輸量，提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力，從而提高了通信系統(tǒng)的性能。常見的信道編碼方法包括卷積碼、Turbo碼和LDPC碼等。五、論述題解析：設計一個高效、可靠的行星射電通信系統(tǒng)需要考慮多個因素。首先，需要根據(jù)目標行星的射電信號傳播特性，選擇合適的通信頻率和調(diào)制方式。例如，對于距離較遠的行星，需要選擇更高的通信頻率以減少傳播時延，但同時也需要考慮大氣和電離層的影響。其次，需要設計高性能的天線系統(tǒng)，以提高信號接收靈敏度和方向性。此