2025年波動(dòng)與實(shí)驗(yàn)信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)評(píng)估測(cè)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種方法不屬于常見(jiàn)的波動(dòng)信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)？A.鎖相放大技術(shù)B.平均技術(shù)C.濾波技術(shù)D.衰減技術(shù)答案：D。解析：鎖相放大技術(shù)可以從噪聲中提取微弱信號(hào)，通過(guò)與參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算來(lái)增強(qiáng)信號(hào)；平均技術(shù)多次采集信號(hào)并求平均，能有效降低隨機(jī)噪聲，增強(qiáng)信號(hào)的信噪比；濾波技術(shù)通過(guò)濾除特定頻率的噪聲來(lái)突出有用信號(hào)。而衰減技術(shù)是使信號(hào)強(qiáng)度減弱，并非信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)。2.在實(shí)驗(yàn)中，若要對(duì)頻率為50Hz的正弦信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，采用帶通濾波器時(shí)，以下哪個(gè)通帶范圍較為合適？A.10Hz-20HzB.40Hz-60HzC.80Hz-100HzD.120Hz-150Hz答案：B。解析：帶通濾波器的作用是允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，抑制其他頻率的信號(hào)。要增強(qiáng)50Hz的正弦信號(hào)，通帶范圍應(yīng)包含50Hz且盡量窄以減少其他頻率噪聲的干擾，40Hz-60Hz這個(gè)范圍合適。3.關(guān)于波動(dòng)信號(hào)的頻譜分析，以下說(shuō)法正確的是？A.頻譜分析只能分析周期信號(hào)B.頻譜分析可以將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域C.頻譜分析無(wú)法確定信號(hào)的頻率成分D.頻譜分析只能使用模擬方法進(jìn)行答案：B。解析：頻譜分析不僅可以分析周期信號(hào)，也能分析非周期信號(hào)，A錯(cuò)誤；它的主要作用就是將信號(hào)從時(shí)域表示轉(zhuǎn)換為頻域表示，從而確定信號(hào)的頻率成分，B正確，C錯(cuò)誤；頻譜分析有模擬和數(shù)字兩種方法，D錯(cuò)誤。4.利用鎖相放大器進(jìn)行信號(hào)增強(qiáng)時(shí)，參考信號(hào)與輸入信號(hào)的（）必須匹配。A.幅度B.頻率和相位C.波形D.以上都不對(duì)答案：B。解析：鎖相放大器通過(guò)將輸入信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算來(lái)提取有用信號(hào)，參考信號(hào)與輸入信號(hào)的頻率和相位必須匹配，才能準(zhǔn)確地提取出與參考信號(hào)同頻同相的有用信號(hào)，幅度和波形并非關(guān)鍵匹配因素。5.以下哪種噪聲類型在電子系統(tǒng)中最常見(jiàn)？A.白噪聲B.粉紅噪聲C.脈沖噪聲D.閃爍噪聲答案：A。解析：白噪聲在電子系統(tǒng)中最為常見(jiàn)，它在所有頻率上具有均勻的功率譜密度。粉紅噪聲的功率譜密度隨頻率的增加而減??；脈沖噪聲是突然出現(xiàn)的短暫高能量噪聲；閃爍噪聲通常在低頻段較為明顯，其功率譜密度與頻率成反比。6.在信號(hào)平均技術(shù)中，平均次數(shù)n與信噪比的改善關(guān)系是（）。A.信噪比改善與n成正比B.信噪比改善與√n成正比C.信噪比改善與n2成正比D.信噪比改善與1/n成正比答案：B。解析：根據(jù)信號(hào)平均技術(shù)的原理，多次采集信號(hào)并求平均可以降低隨機(jī)噪聲，信噪比的改善與平均次數(shù)n的平方根成正比，即信噪比改善約為√n倍。7.為了增強(qiáng)一個(gè)包含低頻和高頻成分的復(fù)雜信號(hào)，且不損失信號(hào)的頻率信息，應(yīng)選擇（）濾波器。A.低通B.高通C.帶通D.全通答案：D。解析：低通濾波器只允許低頻信號(hào)通過(guò)，會(huì)損失高頻成分；高通濾波器只允許高頻信號(hào)通過(guò)，會(huì)損失低頻成分；帶通濾波器只允許特定頻率范圍的信號(hào)通過(guò)，也會(huì)損失其他頻率成分。全通濾波器對(duì)所有頻率的信號(hào)都有相同的增益，只是改變信號(hào)的相位，不會(huì)損失信號(hào)的頻率信息。8.以下哪種傳感器常用于檢測(cè)波動(dòng)信號(hào)？A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.加速度傳感器D.濕度傳感器答案：C。解析：加速度傳感器可以檢測(cè)物體的加速度變化，加速度的變化往往與波動(dòng)相關(guān)，常用于檢測(cè)振動(dòng)、沖擊等波動(dòng)信號(hào)。溫度傳感器用于測(cè)量溫度，壓力傳感器用于測(cè)量壓力，濕度傳感器用于測(cè)量濕度，它們一般不直接用于檢測(cè)波動(dòng)信號(hào)。9.在信號(hào)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中，若發(fā)現(xiàn)信號(hào)存在嚴(yán)重的基線漂移，應(yīng)采用（）方法進(jìn)行處理。A.高通濾波B.低通濾波C.帶阻濾波D.全通濾波答案：A。解析：基線漂移通常是低頻成分，高通濾波器可以濾除低頻信號(hào)，從而去除基線漂移的影響。低通濾波器會(huì)保留低頻成分，不利于去除基線漂移；帶阻濾波器用于抑制特定頻率范圍的信號(hào)；全通濾波器不改變信號(hào)的幅度頻譜，不能解決基線漂移問(wèn)題。10.對(duì)于一個(gè)微弱的生物電信號(hào)，在進(jìn)行放大和處理之前，通常需要進(jìn)行（）。A.衰減B.隔離C.調(diào)制D.解調(diào)答案：B。解析：生物電信號(hào)通常很微弱，且人體是一個(gè)復(fù)雜的電環(huán)境，在進(jìn)行放大和處理之前，需要進(jìn)行隔離，以防止外界干擾和人體與測(cè)量系統(tǒng)之間的相互影響。衰減會(huì)使微弱信號(hào)變得更弱；調(diào)制是將信號(hào)加載到載波上，一般不是處理微弱生物電信號(hào)的前期步驟；解調(diào)是從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出原始信號(hào)，也不是前期必要步驟。二、多項(xiàng)選擇題（每題5分，共25分）1.波動(dòng)與實(shí)驗(yàn)信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)在以下哪些領(lǐng)域有重要應(yīng)用？A.通信工程B.生物醫(yī)學(xué)C.航空航天D.地質(zhì)勘探答案：ABCD。解析：在通信工程中，信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)可以提高通信信號(hào)的質(zhì)量和傳輸距離；生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于檢測(cè)和分析微弱的生物電信號(hào)，如心電圖、腦電圖等；航空航天中，對(duì)飛行器的各種傳感器信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理，以確保飛行安全和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；地質(zhì)勘探中，增強(qiáng)地震波等波動(dòng)信號(hào)，有助于探測(cè)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。2.以下屬于數(shù)字信號(hào)處理方法用于信號(hào)增強(qiáng)的有（）。A.數(shù)字濾波B.快速傅里葉變換（FFT）C.小波變換D.鎖相放大答案：ABC。解析：數(shù)字濾波是通過(guò)數(shù)字算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去除噪聲，增強(qiáng)有用信號(hào)；FFT可以將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，便于分析和處理信號(hào)的頻率成分；小波變換具有多分辨率分析的特點(diǎn)，能有效地處理非平穩(wěn)信號(hào)。鎖相放大是一種模擬信號(hào)處理技術(shù)，通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相關(guān)檢測(cè)和增強(qiáng)。3.影響信號(hào)增強(qiáng)效果的因素有（）。A.噪聲類型和強(qiáng)度B.信號(hào)源的特性C.增強(qiáng)技術(shù)的選擇和參數(shù)設(shè)置D.測(cè)量環(huán)境答案：ABCD。解析：噪聲類型和強(qiáng)度會(huì)直接影響信號(hào)的信噪比，不同類型的噪聲需要采用不同的方法進(jìn)行抑制；信號(hào)源的特性，如信號(hào)的幅度、頻率、波形等，決定了適合采用的增強(qiáng)技術(shù)；增強(qiáng)技術(shù)的選擇和參數(shù)設(shè)置是否合理，對(duì)信號(hào)增強(qiáng)效果至關(guān)重要；測(cè)量環(huán)境中的電磁干擾、溫度、濕度等因素也會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量和增強(qiáng)效果。4.在信號(hào)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中，常用的信號(hào)源有（）。A.函數(shù)發(fā)生器B.信號(hào)放大器C.傳感器D.示波器答案：AC。解析：函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生各種類型的信號(hào)，如正弦波、方波、三角波等，常用于模擬信號(hào)源；傳感器可以將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，作為實(shí)際的信號(hào)源。信號(hào)放大器是用于增強(qiáng)信號(hào)的設(shè)備，不是信號(hào)源；示波器是用于觀察和分析信號(hào)的儀器，也不是信號(hào)源。5.以下關(guān)于信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的說(shuō)法正確的有（）。A.調(diào)制可以將信號(hào)的頻譜搬移到合適的頻率范圍B.解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，用于恢復(fù)原始信號(hào)C.調(diào)制可以提高信號(hào)的抗干擾能力D.常用的調(diào)制方式有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制答案：ABCD。解析：調(diào)制的主要作用之一是將信號(hào)的頻譜搬移到合適的頻率范圍，便于信號(hào)的傳輸和處理；解調(diào)是從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出原始信號(hào)，是調(diào)制的逆過(guò)程；調(diào)制可以將信號(hào)加載到載波上，通過(guò)改變載波的幅度、頻率或相位來(lái)攜帶信息，從而提高信號(hào)的抗干擾能力；常見(jiàn)的調(diào)制方式包括幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述鎖相放大技術(shù)的工作原理和主要應(yīng)用場(chǎng)景。工作原理：鎖相放大技術(shù)基于相關(guān)檢測(cè)原理，其核心是將輸入信號(hào)與一個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，然后通過(guò)低通濾波器進(jìn)行積分。輸入信號(hào)通常包含有用信號(hào)和噪聲，參考信號(hào)與有用信號(hào)的頻率和相位相同。乘法運(yùn)算后會(huì)產(chǎn)生和頻與差頻成分，低通濾波器濾除和頻成分，只保留差頻成分（當(dāng)參考信號(hào)與有用信號(hào)同頻同相時(shí)，差頻為0），從而提取出與參考信號(hào)同頻同相的有用信號(hào)，實(shí)現(xiàn)從噪聲中增強(qiáng)信號(hào)的目的。主要應(yīng)用場(chǎng)景：在微弱信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如生物醫(yī)學(xué)中檢測(cè)微弱的生物電信號(hào)，像腦電圖、心電圖等；物理實(shí)驗(yàn)中測(cè)量微弱的光信號(hào)、磁信號(hào)等；通信工程中，用于提高通信信號(hào)的接收靈敏度，特別是在低信噪比環(huán)境下。2.說(shuō)明信號(hào)平均技術(shù)的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。基本原理：信號(hào)平均技術(shù)是對(duì)多次采集的信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均。由于隨機(jī)噪聲的特性，其在每次采集時(shí)的取值是隨機(jī)的，而有用信號(hào)在每次采集時(shí)是相對(duì)穩(wěn)定的。通過(guò)多次采集并求平均，隨機(jī)噪聲的平均值會(huì)趨近于零，而有用信號(hào)的幅度基本不變，從而提高了信號(hào)的信噪比。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，不需要復(fù)雜的硬件電路，只需要多次采集信號(hào)并進(jìn)行計(jì)算即可；對(duì)隨機(jī)噪聲有很好的抑制效果，能有效提高信號(hào)的質(zhì)量；不改變信號(hào)的頻率成分，能保留信號(hào)的原始特征。缺點(diǎn)：平均次數(shù)較多時(shí)，采集時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，效率較低；對(duì)于非隨機(jī)噪聲，如周期性干擾，平均技術(shù)的效果可能不佳；需要信號(hào)具有重復(fù)性，對(duì)于非重復(fù)信號(hào)，該技術(shù)不適用。四、計(jì)算題（15分）已知一個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)多次采集后，每次采集的信號(hào)幅度分別為：$x_1=2+n_1$，$x_2=2+n_2$，$x_3=2+n_3$，$\cdots$，$x_{100}=2+n_{100}$，其中有用信號(hào)的幅度為2，$n_i$為隨機(jī)噪聲，且噪聲的均值為0，方差為1。求經(jīng)過(guò)100次平均后信號(hào)的信噪比改善了多少倍。解：1.首先求單次采集信號(hào)的信噪比。-有用信號(hào)的功率$P_s$：有用信號(hào)幅度為2，功率$P_s=\frac{2^2}{2}=2$（假設(shè)為正弦信號(hào)，對(duì)于直流信號(hào)功率就是幅度的平方）。-噪聲的功率$P_n$：噪聲方差為1，即噪聲功率$P_n=1$。-單次采集信號(hào)的信噪比$SNR_1=\frac{P_s}{P_n}=\frac{2}{1}=2$。2.然后求100次平均后信號(hào)的信噪比。-平均信號(hào)的幅度：$\overline{x}=\frac{1}{100}\sum_{i=1}^{100}(2+n_i)=2+\frac{1}{100}\sum_{i=1}^{100}n_i$，由于噪聲均值為0，所以$\overline{x}=2$，平均后有用信號(hào)功率$P_{s_{avg}}=\frac{2^2}{2}=2$。-平均后噪聲的功率：根據(jù)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，多次平均后噪聲功率$P_{n_{avg}}=\frac{1}{100}$（因?yàn)樵肼暦讲顬?，平均次數(shù)為100）。-100次平均后信號(hào)的信噪比$SNR_2=\frac{P_{s_{avg}}}{P_{n_{avg}}}=\frac{2}{\frac{1}{100}}=200$。3.最后求信噪比改善的倍數(shù)。-信噪比改善倍數(shù)$=\frac{SNR_2}{SNR_1}=\frac{200}{2}=10$，又因?yàn)樾旁氡雀纳婆c$\sqrt{n}$成正比，這里$n=100$，$\sqrt{100}=10$，所以經(jīng)過(guò)100次平均后信號(hào)的信噪比改善了10倍。五、論述題（10分）論述未來(lái)波動(dòng)與實(shí)驗(yàn)信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)波動(dòng)與實(shí)驗(yàn)信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：1.智能化：隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)將更加智能化。例如，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動(dòng)識(shí)別噪聲類型和信號(hào)特征，從而自適應(yīng)地選擇最佳的增強(qiáng)技術(shù)和參數(shù)設(shè)置。智能傳感器也將得到廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崟r(shí)分析和處理信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整信號(hào)增強(qiáng)策略。2.微型化和集成化：在電子設(shè)備小型化的趨勢(shì)下，信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)將朝著微型化和集成化方向發(fā)展。將信號(hào)增強(qiáng)電路集成到芯片中，減少體積和功耗，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。例如，在可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)傳感器中，微型化的信號(hào)增強(qiáng)模塊將成為關(guān)鍵部件。3.多模態(tài)融合：未來(lái)的信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)將不僅僅局限于單一類型的信號(hào)處理，而是會(huì)融合多種模態(tài)的信號(hào)，如將光學(xué)信號(hào)、電學(xué)信號(hào)、聲學(xué)信號(hào)等進(jìn)行綜合處理。通過(guò)多模態(tài)信號(hào)的相互補(bǔ)充和驗(yàn)證，提高信