無(wú)人機(jī)技術(shù)與應(yīng)用考試試題及參考答案【能力提升】一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.多旋翼無(wú)人機(jī)在懸停狀態(tài)下，其電機(jī)轉(zhuǎn)速變化主要受哪一項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)直接影響？A.磁力計(jì)B.氣壓計(jì)C.陀螺儀D.光流計(jì)答案：C解析：陀螺儀實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)體角速度，飛控通過(guò)PID算法快速調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速以抵消擾動(dòng)，維持姿態(tài)平衡。磁力計(jì)、氣壓計(jì)、光流計(jì)分別用于航向、高度與水平位置輔助，不直接參與毫秒級(jí)轉(zhuǎn)速閉環(huán)。2.某固定翼無(wú)人機(jī)翼展2.4m，平均弦長(zhǎng)0.3m，若采用ClarkY翼型，設(shè)計(jì)升力系數(shù)1.2，海平面空氣密度1.225kg/m3，當(dāng)飛行速度15m/s時(shí)，理論升力約為：A.88NB.106NC.124ND.142N答案：B解析：升力公式L=?ρV2SCL，S=2.4×0.3=0.72m2，代入得L=0.5×1.225×152×0.72×1.2≈106N。3.下列哪項(xiàng)不是RTK–GNSS相對(duì)于SBAS的主要優(yōu)勢(shì)？A.厘米級(jí)絕對(duì)定位B.初始化時(shí)間短C.可支持PPK后處理D.抗多路徑能力更強(qiáng)答案：B解析：RTK需基帶模糊度固定，初始化時(shí)間通常30s以上，SBAS為星基增強(qiáng)，開機(jī)即可亞米級(jí)定位，初始化更短。4.在鋰電池6S1P、22.2V、5000mAh、30C規(guī)格中，持續(xù)最大安全電流為：A.30AB.75AC.150AD.300A答案：C解析：持續(xù)最大電流=容量×C數(shù)=5Ah×30C=150A。5.某植保無(wú)人機(jī)噴幅5m，作業(yè)速度5m/s，藥液流量3L/min，畝噴量要求1.2L，理論作業(yè)效率約為：A.120畝/小時(shí)B.150畝/小時(shí)C.180畝/小時(shí)D.210畝/小時(shí)答案：B解析：每秒作業(yè)面積=5m×5m/s=25m2，畝=666.7m2，每秒0.0375畝；3600s×0.0375=135畝；再考慮90%有效利用率為150畝/小時(shí)。6.數(shù)字圖傳中，采用OFDM64-QAM調(diào)制，信道帶寬20MHz，編碼率5/6，理論凈數(shù)據(jù)率約為：A.24MbpsB.36MbpsC.48MbpsD.54Mbps答案：D解析：802.11g標(biāo)準(zhǔn)，64-QAM+5/6編碼+20MHz，符號(hào)速率250kHz×54bit/符號(hào)=54Mbps。7.激光雷達(dá)點(diǎn)云“地面點(diǎn)分類”最常用的幾何特征是：A.回波強(qiáng)度B.局部法向量C.高程直方圖D.掃描角答案：B解析：局部法向量可反映表面坡度，坡度突變小且朝向天空的點(diǎn)被判為地面，回波強(qiáng)度與材質(zhì)相關(guān)，高程直方圖需全局統(tǒng)計(jì)，掃描角為系統(tǒng)參數(shù)。8.在Pixhawk4飛控中，IMU與磁羅盤數(shù)據(jù)融合主要采用哪類濾波框架？A.互補(bǔ)濾波B.擴(kuò)展卡爾曼濾波C.粒子濾波D.龍伯格觀測(cè)器答案：B解析：PX4開源代碼采用EKF2，對(duì)IMU、磁羅盤、GNSS、氣壓計(jì)等多源數(shù)據(jù)做狀態(tài)估計(jì)。9.某紅外熱成像云臺(tái)測(cè)溫精度±2℃，當(dāng)環(huán)境溫度30℃、目標(biāo)發(fā)射率0.95時(shí)，測(cè)得表面溫度45℃，若發(fā)射率誤設(shè)為0.80，則溫度讀數(shù)將：A.偏低約2.3℃B.偏高約2.3℃C.偏低約4.6℃D.偏高約4.6℃答案：B解析：根據(jù)普朗克輻射定律，發(fā)射率越低，輻射亮度越低，系統(tǒng)會(huì)高估溫度以補(bǔ)償，故讀數(shù)偏高；經(jīng)驗(yàn)公式ΔT≈(1/ε?–1/ε?)Tλ/4，計(jì)算得約2.3℃。10.城市峽谷中，無(wú)人機(jī)GPS定位漂移較大，此時(shí)最優(yōu)的輔助定位策略是：A.關(guān)閉GPS僅用光流B.啟用RTK–PPKC.融合視覺(jué)–慣性SLAMD.提高GNSS更新頻率到50Hz答案：C解析：城市峽谷多路徑嚴(yán)重，RTK亦可能失鎖；視覺(jué)–慣性SLAM利用機(jī)載相機(jī)與IMU，不依賴外部信號(hào)，短期精度高，可有效抑制漂移。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分；每題至少有兩個(gè)正確答案，多選少選均不得分）11.下列哪些措施可有效降低多旋翼無(wú)人機(jī)ESC過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)？A.提高PWM頻率到48kHzB.采用主動(dòng)剎車C.增加散熱片D.降低最大占空比E.使用更高內(nèi)阻的電池答案：B、C、D解析：主動(dòng)剎車減少持續(xù)大電流，散熱片提升熱對(duì)流，降低最大占空比直接減少發(fā)熱；提高PWM頻率反而增加開關(guān)損耗；更高內(nèi)阻電池使電流減小但效率降低，并非根本辦法。12.關(guān)于傾斜攝影三維建模，以下說(shuō)法正確的是：A.下視鏡頭GSD決定模型高程精度B.旁向重疊度60%即可滿足城市場(chǎng)景C.采用機(jī)械快門可減少果凍效應(yīng)D.增加交叉航線可提高弱紋理區(qū)域匹配成功率E.激光點(diǎn)云可直接作為空三控制條件答案：C、D、E解析：機(jī)械快門避免卷簾畸變；交叉航線增加基線，提高匹配；激光點(diǎn)云提供高程控制。下視GSD主要決定平面精度，旁向重疊60%對(duì)建筑立面仍不足，需80%以上。13.在無(wú)人機(jī)物流航線規(guī)劃中，需重點(diǎn)考慮的民航規(guī)章限制包括：A.機(jī)場(chǎng)障礙物限制面B.人口稠密區(qū)飛行高度C.空域分類與UOM系統(tǒng)D.無(wú)線電頻率干擾E.適航證類別答案：A、B、C解析：機(jī)場(chǎng)OIS面、人口稠密區(qū)120m限高、空域UOM申報(bào)為核心；頻率干擾屬電磁兼容，適航證針對(duì)航空器本身，不直接限制航線。14.下列哪些屬于Li-ion電池相對(duì)于Li-Po電池的優(yōu)勢(shì)？A.能量密度高B.循環(huán)壽命長(zhǎng)C.放電倍率大D.形狀可定制E.自放電率低答案：A、B、E解析：18650Li-ion單體能量密度達(dá)250Wh/kg，循環(huán)600次以上，自放電<3%/月；但放電倍率僅2–3C，形狀圓柱不可定制。15.在FPV穿越機(jī)調(diào)參中，Betaflight的“Feedforward”功能可帶來(lái)：A.降低電機(jī)溫度B.提升響應(yīng)速度C.減少積分飽和D.抑制噪聲放大E.改善stickfeel答案：B、E解析：Feedforward即前饋，直接根據(jù)setpoint變化率輸出，減少滯后，提升手感；但高頻噪聲可能被放大，電機(jī)溫度與積分飽和主要由PID與濾波決定。三、判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）16.前拉式固定翼無(wú)人機(jī)在失速時(shí)，機(jī)翼自帶頭俯沖力矩，有利于自動(dòng)恢復(fù)速度。答案：√解析：機(jī)翼位于重心之后，失速時(shí)升力驟降，產(chǎn)生低頭力矩，減少迎角，恢復(fù)速度。17.多旋翼槳葉雷諾數(shù)通常低于固定翼，因此槳葉表面粗糙度對(duì)氣動(dòng)效率影響更小。答案：×解析：低雷諾數(shù)下層流占比高，粗糙度易觸發(fā)轉(zhuǎn)捩，反而使阻力激增，效率下降明顯。18.采用RTK–PPK模式時(shí)，基站與移動(dòng)站之間無(wú)需實(shí)時(shí)鏈路，因此可節(jié)省數(shù)傳帶寬。答案：√解析：PPK為后處理，飛行中只記錄原始觀測(cè)，無(wú)需實(shí)時(shí)差分鏈路。19.在DJIO3圖傳系統(tǒng)中，采用H.265編碼可在相同碼率下獲得比H.264更低的延遲。答案：×解析：H.265壓縮率更高，但算法復(fù)雜，編碼延遲反而增加約20–40ms。20.激光雷達(dá)“多回波”功能可以在植被穿透中同時(shí)獲取樹冠與地表點(diǎn)云。答案：√解析：激光脈沖遇到半透明介質(zhì)可產(chǎn)生多次回波，首次為樹冠，末次為地面。21.根據(jù)《民用無(wú)人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》，250g以下無(wú)人機(jī)無(wú)需任何登記。答案：×解析：250g以下無(wú)需實(shí)名，但涉及商業(yè)飛行仍需經(jīng)營(yíng)許可與空域申請(qǐng)。22.在低溫–10℃環(huán)境下，Li-Po電池內(nèi)阻升高，同等功率下電壓跌落更明顯，應(yīng)適當(dāng)提高低電壓保護(hù)閾值。答案：√解析：低溫內(nèi)阻翻倍，壓降增大，提前保護(hù)可防止瞬間欠壓墜機(jī)。23.采用“動(dòng)態(tài)Home點(diǎn)”功能時(shí)，若遙控器信號(hào)丟失，無(wú)人機(jī)會(huì)自動(dòng)返回最新記錄的Home點(diǎn)。答案：√解析：動(dòng)態(tài)Home實(shí)時(shí)更新GPS坐標(biāo)，失控返航以最后記錄點(diǎn)為準(zhǔn)。24.在Pix4D中，將“關(guān)鍵圖像”選項(xiàng)關(guān)閉，可減少空三運(yùn)算時(shí)間但可能降低精度。答案：√解析：關(guān)鍵圖像篩選減少冗余影像，關(guān)閉后參與計(jì)算圖像增多，時(shí)間增加，精度提升；反之亦然。25.對(duì)于四旋翼無(wú)人機(jī)，若順時(shí)針槳與逆時(shí)針槳互換安裝，仍可正常起飛，僅偏航方向反向。答案：×解析：槳葉安裝角固定，互換將產(chǎn)生負(fù)拉力，無(wú)法起飛。四、填空題（每空2分，共20分）26.在伯努利方程中，同一流管中流速增大，靜壓________，該原理被用于________翼型的升力產(chǎn)生。答案：減??；上表面凸起解析：上表面流速高、靜壓低，形成升力。27.某多旋翼總重4kg，懸停時(shí)單電機(jī)平均電流12A，6S電池電壓22.2V，則懸停功率密度為________W/kg，效率約為________g/W。答案：66.6；15解析：總電功率=4×12×22.2=1065.6W，功率密度=1065.6/4≈66.6W/kg；效率=4000g/1065.6W≈3.75g/W，換算為15g/W（每電機(jī)）。28.激光雷達(dá)測(cè)距方程中，接收功率與目標(biāo)距離的________次方成反比，與激光發(fā)射功率的________次方成正比。答案：2；1解析：Pr=Pt·ρ·Ar/(πR2)，故與R2成反比，與Pt線性。29.在OpenCV中，將圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到歸一化相機(jī)坐標(biāo)系，需使用________矩陣，若已知像素坐標(biāo)(u,v,1)，則歸一化坐標(biāo)(Xc,Yc,1)等于________。答案：相機(jī)內(nèi)參K的逆矩陣；K?1·[uv1]?解析：通過(guò)內(nèi)參逆矩陣去像素化，得到歸一化平面坐標(biāo)。30.根據(jù)國(guó)際民航組織Doc4444，無(wú)人機(jī)與有人機(jī)之間的最小水平間隔為________km，垂直間隔為________m。答案：5；150解析：雷達(dá)管制下，IFR飛行與無(wú)人機(jī)空中間隔標(biāo)準(zhǔn)。31.在Betaflight中，設(shè)置“setrc_smoothing_input_hz=0”表示關(guān)閉________濾波，可能導(dǎo)致________現(xiàn)象。答案：RC信號(hào)輸入平滑；stick抖動(dòng)或電機(jī)微振解析：關(guān)閉后遙控器原始階躍直接進(jìn)入PID，易激發(fā)高頻振蕩。32.某次航拍任務(wù)共獲取照片1200張，空三解算后得連接點(diǎn)800萬(wàn)個(gè)，平均每張照片提取________個(gè)連接點(diǎn)，若重投影誤差RMSE為0.48pix，則相對(duì)精度約為________倍GSD。答案：6667；0.5解析：800萬(wàn)/1200≈6667；經(jīng)驗(yàn)公式相對(duì)精度≈RMSE×GSD，即0.5×GSD。33.在Mavlink協(xié)議中，消息ID#77對(duì)應(yīng)________消息，其字段“time_boot_ms”單位為________。答案：COMMAND_LONG；毫秒解析：#77為COMMAND_LONG，時(shí)間戳以毫秒計(jì)。34.采用“雙天線測(cè)向”方案時(shí)，基線長(zhǎng)度1m，GPSL1波長(zhǎng)0.19m，若整周模糊度固定成功，則理論測(cè)向精度約為________度。答案：0.2解析：σθ≈λ/(2πL·SNR?)，SNR=50，計(jì)算得≈0.2°。35.在AgisoftMetashape中，構(gòu)建密集點(diǎn)云時(shí)，“深度圖過(guò)濾”選擇“________”模式可最大限度保留建筑物立面細(xì)節(jié)，但會(huì)增加________風(fēng)險(xiǎn)。答案：Mild；噪點(diǎn)解析：Mild過(guò)濾最弱，保留細(xì)節(jié)同時(shí)易引入噪聲。五、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）36.闡述多旋翼無(wú)人機(jī)“動(dòng)力裕度”定義，并給出一種基于懸停電流的在線估算方法，說(shuō)明其誤差來(lái)源。答案：動(dòng)力裕度指在當(dāng)前海拔、電壓、溫度下，無(wú)人機(jī)最大可用拉力與懸停拉力之比，反映抗風(fēng)與爬升能力。在線估算步驟：1)飛控實(shí)時(shí)記錄懸停平均電流I?與電池電壓V?；2)已知電機(jī)+槳組合拉力–電流–電壓地面實(shí)驗(yàn)曲線，擬合得T=f(I,V)；3)當(dāng)前懸停拉力T?=mg；4)最大拉力Tmax=f(Imax,V?)，Imax為ESC限流值；5)動(dòng)力裕度=Tmax/T?。誤差來(lái)源：①電池老化導(dǎo)致V?跌落快，f(I,V)偏移；②大氣密度變化未修正，Tmax與實(shí)際不符；③ESC限流為瞬時(shí)保護(hù)，持續(xù)10s以上可能降額；④機(jī)臂安裝角差異導(dǎo)致拉力損失；⑤風(fēng)速突變使I?瞬時(shí)波動(dòng)，濾波延遲。37.說(shuō)明激光雷達(dá)“回波強(qiáng)度”與“反射率”區(qū)別，并給出一種基于強(qiáng)度的地物分類流程。答案：回波強(qiáng)度為接收功率與發(fā)射功率之比的對(duì)數(shù)值，單位dB，受距離、入射角、大氣衰減影響；反射率為目標(biāo)固有物理屬性，與波長(zhǎng)、材質(zhì)粗糙度相關(guān)，需歸一化得到。分類流程：1)距離校正：Icorr=Iraw+20log10(R/Rref)；2)入射角校正：ρ=Icorr/cosθ，θ由法向量與激光束夾角計(jì)算；3)統(tǒng)計(jì)直方圖，采用Otsu自動(dòng)閾值分割高、低反射率；4)結(jié)合高程紋理，使用隨機(jī)森林分類器，特征包括ρ、高程標(biāo)準(zhǔn)差、回波次數(shù)、局部平面度；5)輸出道路、建筑、植被、水體四類。驗(yàn)證：人工標(biāo)注200k點(diǎn)，總體精度OA=92.4%，Kappa=0.90。38.描述固定翼無(wú)人機(jī)“手?jǐn)S起飛”失敗常見(jiàn)原因，并給出改進(jìn)措施。答案：失敗原因：①重心偏后，俯仰不穩(wěn)定，瞬間上仰失速；②投擲速度不足，雷諾數(shù)低，升力不夠；③投擲角>15°，迎角過(guò)大，翼面分離；④螺旋槳預(yù)轉(zhuǎn)不足，推力延遲；⑤側(cè)風(fēng)>4m/s，橫滾擾動(dòng)。改進(jìn)：①調(diào)整電池前移，使重心位于25%MAC；②助跑3–5步，投擲初速>1.3倍失速速度；③采用“水平輕推+微下壓”手法，初始迎角5–8°；④起飛模式預(yù)設(shè)70%油門，延遲0.5s爬升；⑤選擇側(cè)風(fēng)≤2m/s時(shí)段，或使用彈射架。六、計(jì)算題（共11分）39.某測(cè)繪公司采用電動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)，任務(wù)要求：測(cè)區(qū)面積30km2，南北5km，東西6km；航向重疊80%，旁向重疊70%；相機(jī)像素6000×4000，像元尺寸3.9μm，焦距35mm；設(shè)計(jì)地面分辨率GSD=5cm；巡航速度20m/s，風(fēng)冷散熱，單架次電池可用能量800Wh，整機(jī)功率均值420W。求解：(1)相對(duì)航高H；（2分）(2)單張像片對(duì)應(yīng)地面面積S；（2分）(3)航線間隔與拍照間隔；（3分）(4)單架次可飛行時(shí)間t與可覆蓋面積A；（2分）(5)完成全部測(cè)區(qū)所需架次N。（2分）答案：(1)H=f·GSD/像元=0.035m×0.05m/3.9×10??m≈448m，取450m。(2)單張地面長(zhǎng)=6000×0.05=300m，寬=4000×0.05=200m，S=300×200=6×10?m2。(3)旁向重疊70%，航線間隔D=W(1–0.7)=200×0.3=60m；航向重疊80%，拍照間隔d=L(1–0.8)=300×0.2=60m；拍照周期T=d/V=60/20=3s。(4)t=800Wh/420W≈1.9h=6840s；可拍張數(shù)n=t/T=6840/3=2280張；覆蓋面積A=n·S=2280×6×10?=1.368×10?m2=13.68km2。(5)N=30/13.68≈2.2，取整3架次。七、綜合設(shè)計(jì)題（共20分）40.背景：某高原地區(qū)海拔3800m，空氣密度0.85kg/m3，需設(shè)計(jì)一款載重5kg、航時(shí)≥90min的垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)，用于長(zhǎng)距離巡檢。已知：機(jī)翼參考面積S=0.9m2，Oswald效率e=0.85，展弦比AR=12；螺旋槳推進(jìn)效率ηp=0.78，電池總能量E=2.4kWh，電池質(zhì)量12kg；結(jié)構(gòu)+航電+起落架等空機(jī)質(zhì)量m?=8kg；升力系數(shù)曲線斜率a=0.12/°，零升迎角α?=–2°，最大升力系數(shù)CLmax=1.4；需滿足抗風(fēng)≥12m/s，爬升率≥3m/s。任務(wù)：(1)計(jì)算機(jī)翼誘導(dǎo)阻力因子K，并給出巡航升阻比最大的升力系數(shù)CLopt；（4分）(2)驗(yàn)證在CLopt下，巡航速度V與所需功率P；（4分）(3)計(jì)算最大起飛重量mtow，并校核載重能力是否滿足5kg；（3分）(4)