2025年無人船出海測試題及答案一、理論知識測試（共30題，每題2分，合計60分）1.無人船導(dǎo)航系統(tǒng)中，GNSS與INS融合定位時，當(dāng)GNSS信號丟失超過120秒，系統(tǒng)應(yīng)如何切換定位模式？請說明切換邏輯及誤差控制措施。答案：當(dāng)GNSS信號丟失超過120秒時，系統(tǒng)將完全切換至INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）獨立定位模式。切換邏輯為：首先觸發(fā)"GNSS信號異常"預(yù)警，啟動INS誤差補償機制，通過預(yù)先存儲的校準(zhǔn)參數(shù)（如陀螺漂移率、加速度計零偏）對INS原始數(shù)據(jù)進行實時修正；同時激活多普勒計程儀（DVL）作為輔助傳感器，利用水速測量值修正INS的速度誤差。誤差控制措施包括：INS內(nèi)部采用卡爾曼濾波算法，將DVL的速度觀測值作為量測輸入，更新狀態(tài)估計；若DVL失效，則啟用航位推算（DR），結(jié)合最后有效GNSS位置與推進器轉(zhuǎn)速、舵角數(shù)據(jù)估算當(dāng)前位置，此時定位誤差每小時不超過0.5%航速×?xí)r間（如航速10節(jié)時，1小時誤差≤0.05海里）。2.無人船通信系統(tǒng)采用5G+衛(wèi)星雙鏈路冗余設(shè)計，當(dāng)5G信號衰減至-120dBm（正常工作閾值為-110dBm）時，系統(tǒng)應(yīng)執(zhí)行哪些自動操作？請列出優(yōu)先級順序。答案：優(yōu)先級操作順序如下：（1）觸發(fā)"5G鏈路質(zhì)量下降"預(yù)警，啟動鏈路質(zhì)量監(jiān)測模塊，持續(xù)采樣5G信號強度（采樣間隔由1秒縮短至0.2秒）；（2）調(diào)用5G基站切換算法，根據(jù)鄰近基站信號強度（需提前存儲的基站地圖數(shù)據(jù)）自動切換至信號更強的基站；（3）若切換后信號強度仍低于-110dBm，啟動衛(wèi)星鏈路預(yù)連接（預(yù)熱衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，獲取星歷數(shù)據(jù)）；（4）完成衛(wèi)星鏈路連接后，將控制指令、關(guān)鍵傳感器數(shù)據(jù)（如AIS目標(biāo)、避障雷達數(shù)據(jù)）切換至衛(wèi)星鏈路傳輸（優(yōu)先保證控制指令延遲≤500ms）；（5）保留5G鏈路作為輔助，用于傳輸非實時數(shù)據(jù)（如視頻監(jiān)控流）；（6）若衛(wèi)星鏈路連接失敗，觸發(fā)"通信降級"模式，無人船轉(zhuǎn)為自主控制（按預(yù)設(shè)規(guī)則執(zhí)行避障、航跡保持），同時每30秒嘗試重連5G/衛(wèi)星鏈路。3.無人船避障決策算法中，當(dāng)檢測到右舷30°方向有一艘機動船（CPA=0.3海里，TCPA=8分鐘），左舷20°方向有固定漁柵（距離0.5海里，航速0節(jié)），此時應(yīng)優(yōu)先規(guī)避哪類目標(biāo)？請結(jié)合《國際海上避碰規(guī)則》（COLREGs）及算法權(quán)重說明決策邏輯。答案：應(yīng)優(yōu)先規(guī)避機動船。決策邏輯如下：（1）根據(jù)COLREGs第8條（避碰行動）與第15條（交叉相遇局面），兩船交叉相遇時，右舷來船為直航船，本船為讓路船，需主動采取避碰行動；（2）算法權(quán)重方面，動態(tài)目標(biāo)（機動船）的優(yōu)先級權(quán)重（0.7）高于靜態(tài)目標(biāo)（漁柵，權(quán)重0.3），因動態(tài)目標(biāo)存在航向/航速變化的不確定性；（3）CPA（會遇最近距離）0.3海里小于安全會遇距離（預(yù)設(shè)0.5海里），TCPA（會遇時間）8分鐘處于"需立即決策"區(qū)間（通常設(shè)定為TCPA≤15分鐘時啟動避障）；（4）漁柵雖距離更近（0.5海里），但為靜態(tài)目標(biāo)且CPA=0.5海里（等于安全距離），可通過調(diào)整航向后在通過漁柵時保持安全距離（如向右轉(zhuǎn)向后，與漁柵的最近距離將增至0.6海里以上）；（5）最終決策：向右轉(zhuǎn)向15°（避免與直航船形成緊迫局面），同時降低航速至原速的70%（10節(jié)降至7節(jié)），確保與機動船的CPA提升至0.6海里以上，TCPA延長至12分鐘，再調(diào)整航向回歸原航線。4.無人船動力系統(tǒng)采用柴電混合推進，當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速傳感器故障（輸出值跳變±200rpm）時，系統(tǒng)應(yīng)如何保證推進可靠性？請說明故障診斷流程及控制策略。答案：故障診斷流程：（1）傳感器數(shù)據(jù)校驗：檢測轉(zhuǎn)速傳感器輸出值與電機轉(zhuǎn)速（通過編碼器獲?。┑南嚓P(guān)性，若柴油機轉(zhuǎn)速（傳感器值）與電機轉(zhuǎn)速（理論值=柴油機轉(zhuǎn)速×減速比）偏差超過±15%（連續(xù)3個采樣周期），判定為傳感器故障；（2）冗余驗證：調(diào)用備用轉(zhuǎn)速傳感器（若有），若備用傳感器輸出正常，則確認主傳感器故障；若無備用傳感器，結(jié)合燃油流量（柴油機轉(zhuǎn)速與燃油流量呈線性關(guān)系）進行交叉驗證，若燃油流量與跳變轉(zhuǎn)速不匹配（如轉(zhuǎn)速顯示2000rpm但燃油流量僅對應(yīng)1500rpm），確認故障?？刂撇呗裕海?）觸發(fā)"柴油機轉(zhuǎn)速傳感器故障"預(yù)警，切換至"推進冗余模式"；（2）關(guān)閉柴油機的自動調(diào)速功能，改為基于電機轉(zhuǎn)速的間接控制（電機轉(zhuǎn)速通過編碼器實時獲取，柴油機轉(zhuǎn)速=電機轉(zhuǎn)速×減速比+允許誤差±50rpm）；（3）限制柴油機最大轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%（如額定2500rpm時限制為2000rpm），避免因傳感器誤報導(dǎo)致超速；（4）啟動推進系統(tǒng)熱備份（若有備用柴油機，切換至備用機；若無，則增加電機輸出功率，由電機補償柴油機可能的動力波動）；（5）持續(xù)監(jiān)測推進系統(tǒng)總輸出功率（通過扭矩傳感器+轉(zhuǎn)速計算），確保實際推力與導(dǎo)航系統(tǒng)需求匹配（誤差≤5%）；（6）若故障持續(xù)超過30分鐘，觸發(fā)"動力降級"模式，降低航速至原速的50%（10節(jié)降至5節(jié)），優(yōu)先保證返航或抵達最近安全錨地。5.無人船環(huán)境感知系統(tǒng)包含X波段雷達（量程24海里，精度±10米）、AIS接收機（更新頻率1-10秒）、視覺攝像頭（可見光+紅外雙光譜），當(dāng)三種傳感器對同一目標(biāo)的位置檢測存在偏差（雷達顯示目標(biāo)A在（121.30°E,31.20°N），AIS顯示（121.29°E,31.19°N），攝像頭識別為（121.31°E,31.21°N））時，系統(tǒng)應(yīng)如何融合數(shù)據(jù)？請說明融合算法步驟及誤差修正方法。答案：數(shù)據(jù)融合步驟：（1）時間同步：將三種傳感器的檢測時間統(tǒng)一至系統(tǒng)時鐘（精度±10ms），計算目標(biāo)運動的時間差（如雷達檢測時間T，AIS為T+2s，攝像頭為T+0.5s）；（2）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：將所有位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UTM坐標(biāo)系（統(tǒng)一投影帶），消除經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換誤差；（3）置信度評估：雷達（置信度0.8，因受海雜波影響可能存在虛警）、AIS（置信度0.9，因船舶主動上報但可能存在延遲或虛假信息）、攝像頭（置信度0.7，受能見度影響大）；（4）卡爾曼濾波融合：以AIS數(shù)據(jù)為初始狀態(tài)（位置、速度），雷達的距離/方位數(shù)據(jù)為量測輸入（更新位置），攝像頭的視覺識別結(jié)果為輔助（驗證目標(biāo)類型，修正速度估計）；（5）誤差修正：計算各傳感器與融合結(jié)果的殘差（如雷達殘差=雷達位置-融合位置），若殘差超過3倍標(biāo)準(zhǔn)差（雷達±30米，AIS±20米，攝像頭±50米），則標(biāo)記該傳感器數(shù)據(jù)為異常，降低其置信度（如雷達置信度降至0.6）；（6）最終輸出：融合后的目標(biāo)位置為（121.30°E±0.001°,31.20°N±0.001°），速度12節(jié)（AIS上報速度12節(jié)，雷達測速11.8節(jié)，攝像頭估算12.2節(jié)，取加權(quán)平均12節(jié)），目標(biāo)類型為"貨船"（攝像頭識別為貨船，AIS類型碼52=貨船，雷達回波特征匹配貨船）。（注：因篇幅限制，此處僅展示前5題及答案，完整測試題共30題，涵蓋導(dǎo)航、通信、避障、動力、感知、數(shù)據(jù)處理等6大模塊，剩余25題示例如下：）6.無人船航跡控制采用LOS（視線導(dǎo)航）算法，當(dāng)實際航跡與計劃航跡的橫向偏差（CTE）達到50米（允許偏差±30米）時，系統(tǒng)應(yīng)如何調(diào)整舵角？請寫出舵角計算公式（包含CTE、航速、軌跡曲率參數(shù)）并說明參數(shù)取值依據(jù)。答案：...（約200字）7.無人船電池管理系統(tǒng)（BMS）檢測到單節(jié)鋰電池電壓低于2.8V（放電截止電壓3.0V），同時溫度升至45℃（正常工作溫度≤40℃），此時應(yīng)執(zhí)行哪些保護操作？請說明熱管理與功率限制的協(xié)同邏輯。答案：...（約200字）...（中間23題及答案略，每部分均包含具體場景、技術(shù)參數(shù)、算法步驟及工程邏輯）30.無人船完成24小時出海測試后，需提交的測試報告應(yīng)包含哪些核心數(shù)據(jù)？請列出至少15項關(guān)鍵指標(biāo)，并說明每項指標(biāo)的合格標(biāo)準(zhǔn)（如航跡精度、避障成功率、通信中斷次數(shù)等）。答案：測試報告核心數(shù)據(jù)及合格標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）航跡保持精度：計劃航跡與實際航跡的均方根誤差（RMS）≤20米（合格標(biāo)準(zhǔn)≤30米）（2）航速控制誤差：實際航速與設(shè)定航速的偏差≤±0.5節(jié)（合格標(biāo)準(zhǔn)≤±1節(jié)）（3）避障成功率：主動避障場景中成功規(guī)避目標(biāo)的比例≥95%（合格標(biāo)準(zhǔn)≥90%）（4）通信中斷次數(shù)：5G/衛(wèi)星鏈路中斷時間超過5秒的次數(shù)≤2次/24小時（合格標(biāo)準(zhǔn)≤3次）（5）定位系統(tǒng)可用性：GNSS/INS/DVL組合定位的可用時間占比≥98%（合格標(biāo)準(zhǔn)≥95%）（6）動力系統(tǒng)效率：推進功率與航速的關(guān)系符合設(shè)計曲線（誤差≤±8%，合格標(biāo)準(zhǔn)≤±10%）（7）傳感器數(shù)據(jù)一致性：雷達/AIS/攝像頭對同一目標(biāo)的位置偏差≤50米（合格標(biāo)準(zhǔn)≤100米）（8）應(yīng)急響應(yīng)時間：觸發(fā)"通信中斷"至進入自主控制模式的時間≤2秒（合格標(biāo)準(zhǔn)≤5秒）（9）電池剩余容量：測試結(jié)束后電池SOC≥20%（合格標(biāo)準(zhǔn)≥15%）（10）溫度/濕度環(huán)境：設(shè)備艙最高溫度≤50℃（合格標(biāo)準(zhǔn)≤55℃），濕度≤90%RH（合格標(biāo)準(zhǔn)≤95%RH）（11）AIS目標(biāo)跟蹤數(shù)：同時跟蹤AIS目標(biāo)數(shù)量≥50個（合格標(biāo)準(zhǔn)≥30個）（12）雷達虛警率：每小時虛警目標(biāo)數(shù)≤5個（合格標(biāo)準(zhǔn)≤10個）（13）故障自診斷覆蓋率：可檢測故障類型占總故障模式的比例≥90%（合格標(biāo)準(zhǔn)≥80%）（14）數(shù)據(jù)記錄完整性：傳感器數(shù)據(jù)、控制指令的記錄丟失率≤0.1%（合格標(biāo)準(zhǔn)≤0.5%）（15）抗干擾能力：在強電磁干擾環(huán)境下（場強100V/m），導(dǎo)航系統(tǒng)仍能正常工作（合格標(biāo)準(zhǔn)場強≥80V/m）二、操作實踐測試（共2題，每題20分，合計40分）（一）航次規(guī)劃與實時調(diào)整（20分）場景：某型無人船需從A港（121.40°E,31.30°N）出發(fā)，至B點（121.60°E,31.40°N）執(zhí)行水文監(jiān)測任務(wù)（需在B點周圍50米范圍內(nèi)循環(huán)航行3圈，航速2節(jié)），航線需避開C區(qū)（121.45°E-121.50°E,31.32°N-31.35°N，禁航區(qū)）和D船（預(yù)計10:00-12:00在（121.55°E,31.38°N）附近拋錨）。當(dāng)前時間8:00，海況：風(fēng)向東北風(fēng)5級（風(fēng)速10m/s），浪高1.5米，潮流：北向流速0.8節(jié)。要求：1.繪制初始航線（用經(jīng)緯度坐標(biāo)表示關(guān)鍵轉(zhuǎn)向點，至少5個點）2.制定B點監(jiān)測的循環(huán)航行路徑（說明轉(zhuǎn)向角度、半徑或直線段長度）3.若9:30檢測到D船提前至9:00拋錨（位置121.54°E,31.37°N），需調(diào)整航線，請給出調(diào)整后的轉(zhuǎn)向點及調(diào)整邏輯。答案：1.初始航線關(guān)鍵轉(zhuǎn)向點（按順序）：A港（121.40°E,31.30°N）→P1（121.43°E,31.31°N）→P2（121.47°E,31.36°N）[避開C區(qū)北邊界]→P3（121.52°E,31.37°N）→P4（121.58°E,31.39°N）→B點（121.60°E,31.40°N）注：P1-P2段航向10°（正北為0°），避開C區(qū)（C區(qū)范圍121.45-121.50°E,31.32-31.35°N），P2坐標(biāo)選擇121.47°E（C區(qū)東邊界+0.02°）、31.36°N（C區(qū)北邊界+0.01°），確保與C區(qū)最小距離≥0.5海里（約0.009°經(jīng)緯度）。2.B點監(jiān)測循環(huán)路徑設(shè)計：采用"8"字形循環(huán)，以B點（121.60°E,31.40°N）為中心，長軸50米（沿東西方向），短軸30米（沿南北方向）。具體路徑：B點→東偏北30°方向50米至（121.60045°E,31.40029°N）→轉(zhuǎn)向180°（向西偏南30°）航行100米至（121.59955°E,31.39971°N）→轉(zhuǎn)向90°（向北偏東60°）航行60米至（121.60027°E,31.40052°N）→回到B點，完成一圈。循環(huán)3次時，每次調(diào)整起始角度5°（避免路徑完全重疊），確保覆蓋B點周圍50米范圍內(nèi)的所有區(qū)域。3.D船提前拋錨的航線調(diào)整：原計劃P3-P4段需經(jīng)過（121.55°E,31.38°N）附近（D船原拋錨位置），現(xiàn)D船提前至（121.54°E,31.37°N）拋錨，調(diào)整后的轉(zhuǎn)向點：P3調(diào)整為（121.53°E,31.36°N）→P4'（121.57°E,31.38°N）→B點調(diào)整邏輯：（1）計算與D船的安全距離：保持0.3海里（約555米）以上，D船位置（121.54°E,31.37°N），調(diào)整后的P3（121.53°E,31.36°N）與D船的距離=√[(0.01°E×111km/°×cos31°)^2+(0.01°N×111km/°)^2]≈√[(0.95km)^2+(1.11km)^2]≈1.46km（0.79海里）>0.3海里；（2）P4'選擇（121.57°E,31.38°N），與D船距離=√[(0.03°E×111×cos31°)^2+(0.01°N×111)^2]≈√[(2.85km)^2+(1.11km)^2]≈3.06km（1.65海里），確保安全；（3）調(diào)整后航線總長度增加約0.5海里，航速保持8節(jié)（原計劃航速），預(yù)計到達B點時間延遲約3.75分鐘（0.5海里/8節(jié)=0.0625小時=3.75分鐘），仍滿足任務(wù)時間要求。（二）異常情況處置（20分）場景：無人船在航行中（航速10節(jié)，航向090°）突然觸發(fā)以下異常：（1）AIS接收機無數(shù)據(jù)輸出（指示燈閃爍）；（2）雷達顯示屏顯示"天線故障"；（3）船載攝像頭畫面卡頓（延遲超過2秒）；（4）動力系統(tǒng)報警"推進器扭矩波動±20%"。要求：1.列出異常優(yōu)先級排序（從高到低）并說明理由2.寫出前3個異常的處置步驟（每個步驟需包含具體操作、系統(tǒng)響應(yīng)及驗證方法）3.針對動力系統(tǒng)異常，若扭矩波動持續(xù)10分鐘未緩解，應(yīng)采取哪些進一步措施？答案：1.異常優(yōu)先級排序：（1）動力系統(tǒng)扭矩波動（最高優(yōu)先級，直接影響推進安全）（2）AIS接收機無數(shù)據(jù)（次高，影響對周圍船舶的感知）（3）雷達天線故障（第三，喪失主動避障關(guān)鍵傳感器）（4）攝像頭畫面卡頓（最低，屬于非關(guān)鍵信息傳輸問題）理由：動力系統(tǒng)異常可能導(dǎo)致失控或失速，威脅航行安全；AIS缺失會失去對其他船舶的主動識別（尤其在雷達失效時）；雷達故障后僅依賴AIS和攝像頭，感知能力下降；攝像頭卡頓不影響核心控制，僅影響遠程監(jiān)控。2.前3個異常的處置步驟：（1）動力系統(tǒng)扭矩波動處置：步驟1：觸發(fā)"推進系統(tǒng)異常"一級警報，系統(tǒng)自動記錄扭矩數(shù)據(jù)（采樣頻率由1Hz提升至10Hz），同時調(diào)取歷史扭矩曲線（過去30分鐘）進行對比分析。步驟2：檢查推進器狀態(tài)：確認螺旋槳是否纏網(wǎng)（通過電機電流突變判斷，若電流突然升高20%，可能纏網(wǎng)）；檢查齒輪箱油溫（若油溫超過80℃，可能機械故障）；調(diào)用備用扭矩傳感器（若有）驗證數(shù)據(jù)（若備用傳感器顯示扭矩正常，判定主傳感器故障；若備用也異常，確認推進器故障）。步驟3：若確認推進器機械故障（如齒輪箱磨損），執(zhí)行"動力降額"操作：限制最大扭矩至額定值的70%（如額定扭矩1000N·m，限制為700N·m），同時降低航速至6節(jié)（原速的60%），避免故障惡化。驗證方法：觀察扭矩波動范圍是否縮小至±10%以內(nèi)，推進器振動值（通過加速度傳感器）是否低于報警閾值（0.5g）。（2）AIS接收機無數(shù)據(jù)處置：步驟1：觸發(fā)"AIS通信中斷"二級警報，系統(tǒng)自動重啟AIS接收機（斷電3秒后重新加電），同時檢查天線連接（通過射頻信號強度檢測，正常接收強度應(yīng)≥-100dBm）。步驟2：若重啟后仍無數(shù)據(jù)，切換至備用AIS接收機（若有），并檢查天線是否被遮擋（如衛(wèi)星通信天線旋轉(zhuǎn)遮擋AIS天線），調(diào)整天線指向（默認指向船首方向）。步驟3：若雙機均失效，啟用"被動感知增強"模式：提高雷達掃描頻率（由2轉(zhuǎn)/分鐘增至4轉(zhuǎn)/分鐘），擴大攝像頭監(jiān)控范圍（廣角模式），同時通過VHF（16頻道）發(fā)射無人船身份信息（"無人船XXX，位置121.50°E,31.35°N，航向090°，航速10節(jié)"）