無人機(jī)技術(shù)與應(yīng)用考試試題含完整答案（考點(diǎn)梳理）一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不是多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定的核心傳感器？A.三軸陀螺儀??B.三軸加速度計(jì)??C.磁力計(jì)??D.激光測距儀答案：D解析：激光測距儀主要用于高度或避障測量，不直接參與姿態(tài)解算；陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)共同構(gòu)成姿態(tài)參考系統(tǒng)（AHRS）。2.某型固定翼無人機(jī)翼展2.4m，平均弦長0.3m，若采用NACA2412翼型，設(shè)計(jì)升力系數(shù)CL=1.0，海平面空氣密度1.225kg/m3，當(dāng)飛行速度為15m/s時(shí)，理論升力約為：A.59N??B.99N??C.149N??D.199N答案：B解析：升力公式L=?ρV2SCL，S=2.4×0.3=0.72m2，代入得L=0.5×1.225×152×0.72×1≈99N。3.在GNSS/INS組合導(dǎo)航中，當(dāng)無人機(jī)進(jìn)入城市峽谷導(dǎo)致GNSS信號短時(shí)中斷，此時(shí)系統(tǒng)主要依賴哪一子系統(tǒng)維持導(dǎo)航精度？A.氣壓計(jì)??B.磁力計(jì)??C.慣性測量單元（IMU）??D.光流模塊答案：C解析：GNSS中斷后，INS進(jìn)入“純慣性”模式，誤差隨時(shí)間漂移，但短期內(nèi)仍能提供連續(xù)的位置、速度、姿態(tài)。4.下列關(guān)于鋰聚合物電池（Li-Po）的描述，正確的是：A.能量密度低于鎳氫電池??B.可隨意過放至0V以釋放殘余容量C.單片標(biāo)稱電壓3.7V??D.存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)保持100%電量答案：C解析：Li-Po單片標(biāo)稱3.7V，能量密度高于Ni-MH；過放會(huì)永久損壞；長期存儲(chǔ)推薦3.8V/片（約50%）。5.在Pixhawk4飛控中，若參數(shù)MPC_XY_CRUISE設(shè)置為5m/s，MPC_Z_VEL_MAX_UP設(shè)置為3m/s，則無人機(jī)在自動(dòng)航線飛行中最大水平速度與最大上升速度分別為：A.5m/s，3m/s??B.5m/s，5m/s??C.3m/s，3m/s??D.由載荷重量動(dòng)態(tài)調(diào)整答案：A解析：MPC_XY_CRUISE限制水平巡航速度，MPC_Z_VEL_MAX_UP限制垂直上升速度，二者獨(dú)立。6.某植保無人機(jī)噴幅5m，作業(yè)速度3m/s，藥液流量2L/min，若地塊面積6000m2，理論作業(yè)時(shí)間約為：A.6.7min??B.8.0min??C.10.0min??D.12.5min答案：B解析：每秒噴灑面積=5×3=15m2，總時(shí)間=6000/15=400s≈6.7min；再考慮掉頭與重疊，實(shí)際取8min。7.在數(shù)字圖傳鏈路中，采用OFDM調(diào)制、2.4GHz頻段、20MHz帶寬、256QAM調(diào)制時(shí)，理想信道最大凈數(shù)據(jù)率約為：A.54Mbps??B.150Mbps??C.300Mbps??D.600Mbps答案：C解析：256QAM每符號8bit，子載波數(shù)52（20MHz），符號周期4μs，理論速率≈52×8/4≈104Mbps；結(jié)合短GI與信道編碼增益，標(biāo)準(zhǔn)802.11n給出300Mbps上限。8.下列關(guān)于RTK差分定位的描述，錯(cuò)誤的是：A.基站與移動(dòng)站距離越近，殘余電離層誤差越小B.固定解（Fixed）比浮點(diǎn)解（Float）定位精度高C.無人機(jī)端必須回傳原始觀測值給基站D.使用4G網(wǎng)絡(luò)可傳輸RTCM校正數(shù)據(jù)答案：C解析：基站向移動(dòng)站單向廣播RTCM數(shù)據(jù)即可，無人機(jī)無需回傳原始觀測值。9.在紅外熱成像巡檢中，為了準(zhǔn)確測量光伏組件溫度，需設(shè)置：A.反射溫度、發(fā)射率、大氣透射率??B.增益、快門速度、白平衡C.焦距、光圈、ISO??D.航向重疊率、旁向重疊率答案：A解析：紅外測溫需補(bǔ)償發(fā)射率、反射環(huán)境溫度及大氣衰減，否則絕對溫度誤差大。10.根據(jù)《民用無人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》，最大起飛重量大于等于多少克的無人機(jī)須實(shí)名？A.150g??B.250g??C.1kg??D.7kg答案：B解析：中國民航局規(guī)定≥250g須實(shí)名登記。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）11.以下哪些措施可有效降低多旋翼無人機(jī)在高原地區(qū)的功率負(fù)荷？A.增大槳葉直徑??B.減小起飛重量??C.提高電池電壓??D.采用高KV電機(jī)答案：A、B、C解析：高原空氣密度低，需增大槳徑或提高電壓以維持拉力；高KV電機(jī)在低密度環(huán)境效率下降，反而增加電流。12.關(guān)于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)，下列說法正確的是：A.多次回波可穿透植被空隙??B.強(qiáng)度值（Intensity）與目標(biāo)反射率相關(guān)C.點(diǎn)云密度與飛行高度成反比??D.點(diǎn)云可直接生成DSM，無需濾波即可生成DEM答案：A、B、C解析：生成DEM需分類地面點(diǎn)，必須濾波；DSM可直接生成。13.在無人機(jī)電磁兼容性（EMC）設(shè)計(jì)中，可采取的手段包括：A.屏蔽罩覆蓋高速信號線??B.在ESC電源輸入端串聯(lián)鐵氧體磁珠C.將GPS模塊緊靠高功率圖傳天線??D.采用雙絞線傳輸差分信號答案：A、B、D解析：GPS應(yīng)遠(yuǎn)離高功率天線以避免阻塞；鐵氧體磁珠抑制共模干擾；屏蔽與雙絞降低輻射與串?dāng)_。14.下列哪些屬于典型的“感知與避讓”（DAA）傳感器？A.毫米波雷達(dá)??B.雙目視覺??C.超聲波近距探頭??D.空速管答案：A、B、C解析：空速管測量動(dòng)壓，與避讓無關(guān)；其余均可提供障礙物信息。15.在測繪型固定翼無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃中，需重點(diǎn)考慮：A.地面采樣距離（GSD）??B.航向與旁向重疊率??C.風(fēng)向與日照角度??D.圖傳頻段答案：A、B、C解析：圖傳頻段主要影響鏈路，不影響測繪精度；其余均直接影響成果質(zhì)量。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）16.多旋翼無人機(jī)在懸停時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電流一定越大。答案：√解析：懸停油門與總重平衡，轉(zhuǎn)速升高對應(yīng)槳葉迎角或槳徑不足，需更大電流提供拉力。17.固定翼無人機(jī)失速速度隨飛行高度增加而減小。答案：×解析：失速速度V_s=√(2W/ρSCL_max)，密度ρ隨高度降低，失速速度增大。18.采用RTK后，無人機(jī)相對精度可達(dá)厘米級，但絕對精度仍受基站坐標(biāo)誤差影響。答案：√解析：RTK提供基線精度，若基站坐標(biāo)本身偏差，整體成果會(huì)系統(tǒng)性偏移。19.在Pixhawk系統(tǒng)中，安全開關(guān)（SafetySwitch）未按下時(shí)，電機(jī)將完全斷電。答案：×解析：安全開關(guān)僅解除PWM輸出鎖定，電調(diào)仍上電；部分機(jī)型可設(shè)置斷電，但非絕對。20.紅外熱像儀的NETD（噪聲等效溫差）越小，溫度靈敏度越高。答案：√解析：NETD反映最小可分辨溫差，數(shù)值越小性能越好。21.采用傾斜攝影技術(shù)時(shí)，傾斜影像無法用于生成真正射影像（TDOM）。答案：×解析：傾斜影像聯(lián)合空三可修正立面投影差，正是TDOM的關(guān)鍵數(shù)據(jù)源。22.多旋翼無人機(jī)電池內(nèi)阻增大后，滿電懸停時(shí)間將縮短。答案：√解析：內(nèi)阻升高導(dǎo)致壓降增大，有效容量降低，懸停時(shí)間減少。23.在ADS-B接收機(jī)幫助下，無人機(jī)可實(shí)時(shí)獲取附近載人航空器位置，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)避讓。答案：√解析：ADS-BOUT廣播位置信息，無人機(jī)裝載IN接收機(jī)即可解析并觸發(fā)避讓。24.激光雷達(dá)的掃描頻率越高，點(diǎn)云密度一定越大。答案：×解析：點(diǎn)云密度還與飛行速度、激光重復(fù)頻率、視場角相關(guān)；掃描頻率僅決定角分辨率。25.采用變距槳（VariablePitch）的多旋翼，在快速負(fù)推力機(jī)動(dòng)時(shí)比定速槳響應(yīng)慢。答案：×解析：變距槳通過改變槳距而非轉(zhuǎn)速即可快速產(chǎn)生負(fù)拉力，響應(yīng)更快。四、填空題（每空2分，共20分）26.根據(jù)伯努利方程，當(dāng)不可壓縮流體通過收縮管道時(shí)，流速________，靜壓________。答案：增大；降低解析：連續(xù)性方程Q=AV守恒，面積減小則V增大；伯努利方程P+?ρV2=常數(shù)，V增大則P減小。27.在Pixhawk中，參數(shù)EKF2_AID_MASK設(shè)為“24”表示啟用________與________外部aiding源。答案：GPS；光流解析：二進(jìn)制11000，第3、4位對應(yīng)GPS（8）與光流（16），相加為24。28.某6軸多旋翼單電機(jī)最大拉力12N，整機(jī)起飛重量60N，則最小安全懸停油門百分比為________%（保留整數(shù)）。答案：42解析：總拉力需≥60N，單槳平均10N，占最大拉力比例10/12≈83%；6軸共需83%總推力，換算油門約42%（考慮非線性曲線）。29.在攝影測量中，若相機(jī)焦距35mm，像元大小4.5μm，飛行相對航高300m，則地面采樣距離GSD≈________cm（取整）。答案：4解析：GSD=H×像素大小/f=300×4.5×10??/(35×10?3)≈0.0386m≈4cm。30.激光雷達(dá)方程中，接收功率Pr與目標(biāo)距離R的________次方成反比。答案：二解析：Pr∝1/R2，因激光能量擴(kuò)散與回波再次擴(kuò)散。31.在ArduPilot中，設(shè)置FENCE_ENABLE=1且FENCE_TYPE=4表示啟用________圍欄。答案：圓形高度+半徑解析：位掩碼4對應(yīng)圓形地理圍欄。32.當(dāng)無人機(jī)以25m/s速度轉(zhuǎn)彎，坡度角30°，則理論轉(zhuǎn)彎半徑________m（g取9.8）。答案：112解析：R=V2/(g×tanθ)=252/(9.8×tan30°)≈625/5.66≈110m，四舍五入112。33.在紅外熱像儀標(biāo)定中，常用________板作為高發(fā)射率參考體。答案：黑體解析：黑體發(fā)射率≈1，用于校準(zhǔn)溫度。34.采用________算法可在LiDAR點(diǎn)云中快速提取建筑物立面，其基本思想是計(jì)算________特征。答案：RANSAC；平面解析：RANSAC迭代擬合平面，剔除離群點(diǎn)。35.在電池6S1P規(guī)格中，若單片內(nèi)阻5mΩ，則整包等效內(nèi)阻________mΩ。答案：30解析：6片串聯(lián)，內(nèi)阻相加。五、簡答題（每題8分，共24分）36.簡述多旋翼無人機(jī)在GNSS信號受干擾時(shí)，如何利用IMU與視覺里程計(jì)（VO）實(shí)現(xiàn)短期導(dǎo)航，并說明誤差累積特點(diǎn)。答案：1)IMU以≥200Hz輸出角速度與加速度，經(jīng)積分獲得姿態(tài)、速度、位置，短時(shí)精度高，但加速度零偏導(dǎo)致速度二次積分誤差隨t2增長，位置誤差隨t3增長；2)視覺里程計(jì)通過相鄰幀特征點(diǎn)匹配，估算機(jī)體運(yùn)動(dòng)，誤差隨距離線性增長，無漂移方向?yàn)樾D(zhuǎn)；3)采用擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）將IMU作為預(yù)測模型，VO作為觀測，修正速度、位置與IMU零偏；4)當(dāng)GNSS長期失效，系統(tǒng)進(jìn)入純慣性+視覺模式，位置漂移約1%~5%航程，需借助已知地標(biāo)或激光重定位消除累積誤差。37.說明激光雷達(dá)“多次回波”功能在植被覆蓋地形測繪中的意義，并給出提取地面點(diǎn)的一般流程。答案：意義：激光可穿透植被空隙，首次回波對應(yīng)植被冠層，中間回波對應(yīng)枝葉，末次回波更可能到達(dá)地面，從而提高地面點(diǎn)采樣率，減少DSM與DEM高差。流程：1)原始點(diǎn)云按回波次數(shù)分類；2)采用漸進(jìn)式形態(tài)學(xué)濾波（PMF）或布料模擬濾波（CSF），結(jié)合末次回波優(yōu)先策略；3)設(shè)置閾值：高差閾值、網(wǎng)格尺寸、迭代次數(shù)；4)人工檢查山體陰影與陡坎區(qū)域，補(bǔ)充地面控制點(diǎn)；5)輸出分類后的地面點(diǎn)，構(gòu)建TIN并柵格化為DEM。38.闡述植保無人機(jī)使用“變量噴灑”技術(shù)的硬件與軟件基礎(chǔ)，并給出一種基于NDVI處方圖的流量控制算法。答案：硬件：1)高速電磁流量閥，響應(yīng)<200ms，線性度>95%；2)流量計(jì)（渦輪/超聲波）實(shí)時(shí)閉環(huán)；3)高精度GNSS-RTK定位，確?？臻g匹配；4)多光譜/NDVI相機(jī)或預(yù)先獲取衛(wèi)星NDVI處方圖；5)工業(yè)級控制器（MCU+FPGA）實(shí)現(xiàn)10Hz以上閉環(huán)。軟件算法：1)將地塊柵格化為0.5m×0.5m單元，NDVI歸一化至0~1；2)設(shè)定基礎(chǔ)流量Q0（L/min），最大流量Qmax=2Q0；3)處方流量Q=Q0×(1+α×NDVI)，α為增益系數(shù)，通常0.5~1.0；4)采用PID調(diào)節(jié)流量閥開度，反饋值由流量計(jì)提供；5)引入前饋補(bǔ)償：根據(jù)飛行速度V實(shí)時(shí)修正，Qcorr=Q×(V/V0)，V0為標(biāo)定速度；6)記錄實(shí)際施藥量，生成作業(yè)報(bào)告，用于審計(jì)與環(huán)保。六、計(jì)算題（共3題，共31分）39.（10分）某四旋翼無人機(jī)單槳葉徑0.38m，槳葉solidityσ=0.06，海平面空氣密度ρ=1.225kg/m3，假設(shè)懸停時(shí)槳盤誘導(dǎo)速度vi=4.5m/s，忽略葉尖損失，求：(1)單槳推力T；(2)若整機(jī)起飛重量24N，求懸停時(shí)所需電機(jī)總機(jī)械功率P（含誘導(dǎo)+型阻，假設(shè)型阻功率為誘導(dǎo)功率的25%）。答案：(1)動(dòng)量理論：T=2πr2ρvi√(vi2+(vi2+2gh)0)懸停gh=0，簡化為T=2πr2ρvi2r=0.19m，T=2π×0.192×1.225×4.52≈5.6N(2)總推力需≥24N，單槳6N，4槳共24N；誘導(dǎo)功率Pi=T×vi=24×4.5=108W；型阻功率Pp=0.25Pi=27W；總機(jī)械功率P=108+27=135W40.（10分）測繪相機(jī)焦距20mm，像元大小3.9μm，像幅5472×3648像素，飛行相對航高400m，要求地面分辨率GSD≤5cm，航向重疊80%，旁向重疊70%，風(fēng)速10m/s（順航線方向），無人機(jī)地速V=15m/s，求：(1)最小拍照間隔t；(2)單張影像對應(yīng)地面面積；(3)完成10km2測區(qū)最少相片數(shù)。答案：(1)GSD=H×像素/f→0.05=400×3.9×10??/(20×10?3)→理論GSD=0.078m>5cm，需降低航高或換相機(jī)；題目給定GSD≤5cm，故采用5cm；像元對應(yīng)地面0.05m，像幅寬=5472×0.05=273.6m，高=3648×0.05=182.4m；航向基線B=273.6×(1-0.8)=54.72m；拍照間隔t=B/V=54.72/15≈3.65s(2)單張面積=273.6×182.4≈49920m2≈0.0499km2(3)旁向間距=182.4×(1-0.7)=54.72m；航線數(shù)=測區(qū)寬度/54.72，假設(shè)正方形，√10=3.16km，航線數(shù)=3160/54.72≈58；每航線相片數(shù)=10000m/54.72≈183；總相片=58×183≈10614張41.（11分）植保無人機(jī)噴桿長5m，飛行速度8m/s，藥液流量3L/min，要求每畝施藥量1L，地塊長500m、寬200m，噴頭數(shù)量10個(gè)，均勻分布，求：(1)實(shí)際畝噴量是否滿足要求；(2)若將速度提高至12m/s，流量閥最大開度僅能提供4L/min，求最小需多少噴頭才能保持畝噴量1L；(3)在(2)條件下，若噴頭霧化角110°，求允許最大飛行高度（霧滴覆蓋無重疊間隙）。答案：(1)每秒噴灑面積=5×8=40m2；流量3L/min=0.05L/s；畝噴量=0.05×666.7/40≈0.83L/畝<1L，不滿足；(2)需畝噴量1L，即0.0015L/m2；速度12m/s，單噴頭流量=4L/min/10=0.4L/min=0.00667L/s；設(shè)需n噴頭，總流量0.00667nL/s；噴灑幅寬仍5m，面積=5×12=60m2/s；畝噴量=0.00667n×666.7/60=1→n≈13.5，取14噴頭；(3)霧化角110°，單噴頭覆蓋直徑D=2h×tan(55°)，要求相鄰噴頭邊緣相接，間距=5m/(14-1)=0.385m；D≥0.385m→h≥0.385/(2×tan55°)≈0.135m，即最大高度13.5cm，實(shí)際不可行，需減小噴頭間距或增大霧化角。七、綜合設(shè)計(jì)題（共30分）42.某山區(qū)110kV輸電線路全長48km，平均海拔1800m，最大塔高80m，沿線存在峽谷、高植被與濃霧，計(jì)劃采用固定翼+多旋翼混合方案進(jìn)行精細(xì)化巡檢。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：A.平臺與傳感器選型（5分）B.通信鏈路設(shè)計(jì)（5分）C.飛行任務(wù)規(guī)劃策略（10分）D.數(shù)據(jù)處理與缺陷識別流程（10分）答案：A.平臺與傳感器1)固定翼：手拋式，翼展1.6m，MTOW5kg，續(xù)航90min，搭載40MP可見光+640×512紅外雙光云臺，激光測距模塊，用于通道快速普查；2)多旋翼：六軸折疊，MTOW12kg，續(xù)航35min，搭載210mm長焦可見光+紅外+激光雷達(dá)，用于塔頭精細(xì)化巡檢；3)傳感器統(tǒng)一采用20Hz高精度GNSS-RTK+IMU，事后PPK解算，平面精度1cm+1ppm，高程2cm+1ppm；4)配置ADS-BIN接收機(jī)，實(shí)