無(wú)人機(jī)技術(shù)與應(yīng)用考試試題附答案【黃金題型】一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在固定翼無(wú)人機(jī)縱向靜穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，若重心前移，則：A.俯仰阻尼力矩減小B.俯仰恢復(fù)力矩增大C.升力線(xiàn)斜率降低D.誘導(dǎo)阻力系數(shù)增大答案：B解析：重心前移使氣動(dòng)焦點(diǎn)相對(duì)重心后移，產(chǎn)生更大的俯仰恢復(fù)力矩，增強(qiáng)縱向靜穩(wěn)定性。2.多旋翼無(wú)人機(jī)在懸停時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)周期性±2%波動(dòng)，最可能的原因是：A.磁羅盤(pán)受到金屬物體干擾B.電調(diào)刷新頻率與陀螺儀采樣頻率耦合C.電池內(nèi)阻突增D.GPS星數(shù)不足答案：B解析：電調(diào)PWM刷新頻率與飛控陀螺儀采樣頻率接近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)差頻振蕩，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速周期性波動(dòng)。3.某型垂起固定翼無(wú)人機(jī)在過(guò)渡階段出現(xiàn)高度掉高，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)空速管阻塞，飛控此時(shí)最可能觸發(fā)：A.失速保護(hù)→強(qiáng)制切回多旋翼模式B.高度保持→增大油門(mén)C.姿態(tài)保持→下俯修正D.航向鎖定→左舵修正答案：A解析：空速管阻塞導(dǎo)致空速數(shù)據(jù)異常偏低，飛控誤判即將失速，觸發(fā)失速保護(hù)邏輯，強(qiáng)制切回多旋翼模式以恢復(fù)升力。4.在RTK定位中，若基站與移動(dòng)站之間出現(xiàn)5秒通信中斷，移動(dòng)站最可能：A.立即進(jìn)入固定解B.保持固定解約10秒后降為浮點(diǎn)解C.立即降為單點(diǎn)解D.保持浮點(diǎn)解直至信號(hào)恢復(fù)答案：B解析：RTK利用載波相位差分，基站中斷后移動(dòng)站依靠慣性預(yù)測(cè)維持固定解約10秒，隨后因誤差累積降為浮點(diǎn)解。5.下列關(guān)于鋰聚合物電池能量密度與放電倍率的描述，正確的是：A.能量密度與放電倍率呈線(xiàn)性正相關(guān)B.高放電倍率電池通常采用更薄的隔膜以降低內(nèi)阻C.能量密度越高，循環(huán)壽命越長(zhǎng)D.放電倍率C值越大，電池重量越輕答案：B解析：高倍率電池通過(guò)減薄隔膜、增加極片孔隙率降低內(nèi)阻，但會(huì)犧牲部分能量密度。6.在基于視覺(jué)的自主降落中，若AprilTag尺寸標(biāo)定誤差+5%，無(wú)人機(jī)將：A.提前0.5米觸發(fā)降落B.延遲0.5米觸發(fā)降落C.降落橫向誤差增大+5%D.降落縱向誤差增大+5%答案：C解析：Tag尺寸偏大導(dǎo)致視覺(jué)算法低估距離，橫向誤差隨距離比例放大，表現(xiàn)為橫向偏移。7.某型植保無(wú)人機(jī)噴幅寬度8米，作業(yè)速度5米/秒，藥液流量2.4升/分鐘，其作業(yè)畝噴量約為：A.0.8升/畝B.1.2升/畝C.1.8升/畝D.2.4升/畝答案：B解析：畝噴量=流量÷(速度×噴幅×0.0015)=2.4÷(5×8×0.0015)=1.2升/畝。8.在毫米波雷達(dá)避障中，若目標(biāo)徑向速度為零，則雷達(dá)最可能：A.無(wú)法探測(cè)目標(biāo)B.將目標(biāo)識(shí)別為靜止雜波并濾除C.增大發(fā)射功率D.切換至FMCW模式答案：B解析：毫米波雷達(dá)通過(guò)多普勒區(qū)分動(dòng)靜目標(biāo)，徑向速度為零的目標(biāo)被歸類(lèi)為靜止雜波，在航跡層被濾除。9.某型四旋翼無(wú)人機(jī)在滿(mǎn)載懸停時(shí)，電機(jī)效率82%，電調(diào)效率96%，電池輸出電流60A，電壓22.2V，其總拉力最接近：A.2.1kgB.2.5kgC.2.9kgD.3.3kg答案：C解析：輸入功率P=22.2×60=1332W；電機(jī)軸功率=1332×0.82×0.96≈1049W；懸停需功率≈100W/kg，拉力≈10.49N≈2.9kg。10.在基于PX4的飛行任務(wù)中，若設(shè)置參數(shù)COM_RCL_EXCEPT=4，則：A.遙控器失聯(lián)后立即返航B.遙控器失聯(lián)后進(jìn)入懸停等待C.遙控器失聯(lián)后忽略，繼續(xù)任務(wù)D.遙控器失聯(lián)后觸發(fā)降落答案：C解析：COM_RCL_EXCEPT=4表示在自動(dòng)任務(wù)模式下忽略遙控器失聯(lián)，繼續(xù)執(zhí)行航線(xiàn)。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列哪些措施可有效抑制多旋翼無(wú)人機(jī)的高頻振動(dòng)：A.采用三軸云臺(tái)軟減震球B.增加IMU低通濾波截止頻率C.螺旋槳?jiǎng)悠胶庑?zhǔn)D.電機(jī)底座添加阻尼墊E.提高陀螺儀采樣頻率至8kHz答案：A、C、D解析：B項(xiàng)提高截止頻率會(huì)放大高頻噪聲；E項(xiàng)提高采樣頻率僅提高帶寬，不抑制振動(dòng)源。12.關(guān)于固定翼無(wú)人機(jī)“海豚跳”現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是：A.本質(zhì)為俯仰短周期模態(tài)阻尼不足B.可通過(guò)增加水平尾翼面積抑制C.與升降舵?zhèn)鲃?dòng)間隙過(guò)大有關(guān)D.在重心后移時(shí)更易出現(xiàn)E.屬于橫航向耦合振蕩答案：A、B、C、D解析：海豚跳為縱向短周期不穩(wěn)定，與橫航向無(wú)關(guān)。13.在無(wú)人機(jī)集群編隊(duì)中，采用分布式一致性算法時(shí)，下列哪些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有代數(shù)連通度大于零：A.全連接圖B.星型圖C.環(huán)形圖D.樹(shù)形圖E.雙向鏈形圖答案：A、B、C、E解析：樹(shù)形圖為最小連通圖，刪除任意邊即不連通，代數(shù)連通度為零。14.下列哪些傳感器組合可在GNSS拒止環(huán)境下實(shí)現(xiàn)持續(xù)10分鐘、位置漂移<5米的導(dǎo)航：A.視覺(jué)慣性里程計(jì)+氣壓計(jì)B.毫米波雷達(dá)SLAM+磁力計(jì)C.激光雷達(dá)SLAM+IMUD.超聲波定高+光流+IMUE.單目相機(jī)+輪速計(jì)答案：A、C解析：B項(xiàng)毫米波雷達(dá)SLAM在室外特征稀疏時(shí)漂移大；D項(xiàng)光流僅適用于低高度；E項(xiàng)輪速計(jì)不適用于無(wú)人機(jī)。15.關(guān)于氫燃料電池?zé)o人機(jī)，下列描述正確的是：A.電堆功率密度通常高于鋰電池B.系統(tǒng)比能量可達(dá)鋰電池的2~3倍C.低溫環(huán)境下需啟動(dòng)加熱模塊D.輸出電壓隨負(fù)載變化較小E.尾氣排放為水蒸氣答案：B、C、E解析：A項(xiàng)電堆功率密度低于鋰電池；D項(xiàng)燃料電池極化特性導(dǎo)致電壓隨負(fù)載顯著下降。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）16.在固定翼無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)中，增大后掠角可提高縱向靜穩(wěn)定性。答案：×解析：后掠角主要影響橫航向穩(wěn)定性，對(duì)縱向穩(wěn)定性貢獻(xiàn)很小。17.多旋翼無(wú)人機(jī)在電池電量低于10%時(shí)，繼續(xù)爬升會(huì)導(dǎo)致電調(diào)過(guò)壓保護(hù)。答案：×解析：低電量時(shí)電壓下降，不會(huì)觸發(fā)過(guò)壓保護(hù)，可能觸發(fā)低壓保護(hù)。18.采用擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）進(jìn)行多傳感器融合時(shí)，過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣Q越大，濾波器對(duì)模型信任度越低。答案：√解析：Q增大表示模型不確定性增加，濾波器更依賴(lài)觀(guān)測(cè)。19.在數(shù)字圖傳系統(tǒng)中，采用H.265編碼相比H.264可在同等畫(huà)質(zhì)下降低約50%碼率。答案：√解析：H.265引入CTU、SAO等技術(shù)，壓縮效率提升約50%。20.固定翼無(wú)人機(jī)在等速爬升時(shí)，所需功率隨高度增加而線(xiàn)性減小。答案：×解析：空氣密度隨高度指數(shù)下降，所需功率呈非線(xiàn)性增加。21.激光雷達(dá)的測(cè)距精度與目標(biāo)表面反射率無(wú)關(guān)。答案：×解析：低反射率表面回波信號(hào)弱，測(cè)距誤差增大。22.在PX4飛控中，參數(shù)EKF2_RNG_NOISE表示激光雷達(dá)噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，單位是米。答案：√解析：該參數(shù)直接設(shè)置測(cè)距儀觀(guān)測(cè)噪聲，單位為米。23.多旋翼無(wú)人機(jī)在懸停時(shí)，電機(jī)KV值越高，則電流越小。答案：×解析：KV值高表示轉(zhuǎn)速高、扭矩小，需更大電流維持拉力。24.采用RTCM3.2協(xié)議的基站，可同時(shí)支持GPS、GLONASS、Galileo、BDS四星差分。答案：√解析：RTCM3.2支持多星系統(tǒng)MSM消息，可四星同播。25.在植保無(wú)人機(jī)作業(yè)中，添加表面活性劑可降低藥液表面張力，提高霧滴覆蓋率。答案：√解析：表面活性劑減小接觸角，使霧滴更易鋪展。四、填空題（每空2分，共20分）26.某型固定翼無(wú)人機(jī)巡航升阻比為12，翼載荷為8kg/m2，巡航功率載荷為8W/N，則其巡航需用功率為_(kāi)_______W/m2。答案：65.3解析：翼載荷8kg/m2≈78.4N/m2；功率=78.4/12×8≈65.3W/m2。27.多旋翼無(wú)人機(jī)在海拔3000米懸停，空氣密度為海平面的0.742倍，則所需拉力比海平面增加________%。答案：34.8解析：拉力與密度成反比，增加(1/0.742?1)×100%≈34.8%。28.采用4S5000mAh30C電池，最大持續(xù)電流為_(kāi)_______A。答案：150解析：5000mAh×30C=150A。29.在激光雷達(dá)SLAM中，若角分辨率0.25°，掃描頻率10Hz，則每幀點(diǎn)云最大點(diǎn)數(shù)約為_(kāi)_______。答案：14400解析：360/0.25×10×3600/3600=14400。30.某型無(wú)人機(jī)空速管校準(zhǔn)系數(shù)為1.05，指示空速為20m/s，則真實(shí)空速為_(kāi)_______m/s。答案：21解析：20×1.05=21。31.在視覺(jué)慣性融合中，IMU采樣頻率200Hz，相機(jī)幀率20Hz，則時(shí)間戳對(duì)齊最大誤差為_(kāi)_______ms。答案：2.5解析：1/200×1000/2=2.5ms。32.固定翼無(wú)人機(jī)失速速度為12m/s，若襟翼放下增升30%，則新失速速度為_(kāi)_______m/s。答案：10.5解析：12/√1.3≈10.5。33.某型電機(jī)KV值800，電池電壓22.2V，理論空載轉(zhuǎn)速為_(kāi)_______rpm。答案：17760解析：800×22.2=17760。34.在毫米波雷達(dá)信號(hào)處理中，若FFT點(diǎn)數(shù)1024，采樣率2MHz，則距離分辨率為_(kāi)_______m。答案：0.073解析：c/2B=3×10?/(2×2×10?)=0.075m；1024點(diǎn)無(wú)窗，分辨率≈0.073m。35.植保無(wú)人機(jī)作業(yè)參數(shù)為畝噴量1.5升，作業(yè)速度5m/s，噴幅10米，則藥液流量為_(kāi)_______升/分鐘。答案：4.5解析：1.5×5×10×0.0015×60=4.5。五、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）36.簡(jiǎn)述固定翼無(wú)人機(jī)“螺旋模態(tài)”與“荷蘭滾模態(tài)”的區(qū)別，并給出抑制荷蘭滾的三種設(shè)計(jì)措施。答案：螺旋模態(tài)為橫航向緩慢收斂或發(fā)散的運(yùn)動(dòng)，主要表現(xiàn)為滾轉(zhuǎn)角與偏航角耦合，周期數(shù)十秒至數(shù)百秒；荷蘭滾為橫航向振蕩，周期3~15秒，表現(xiàn)為側(cè)滑、滾轉(zhuǎn)、偏航耦合振蕩。抑制荷蘭滾措施：①增大垂尾面積，提高航向靜穩(wěn)定性；②采用后掠角上反角組合，增強(qiáng)滾轉(zhuǎn)-偏航耦合阻尼；③安裝偏航阻尼器，引入角速度反饋。37.多旋翼無(wú)人機(jī)在GNSS拒止環(huán)境下，僅依靠IMU與氣壓定高，10分鐘后高度漂移可達(dá)±50米，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N基于激光測(cè)距與地圖匹配的改進(jìn)方案，并給出算法流程。答案：采用2D激光雷達(dá)掃描地面，提取線(xiàn)特征（如房屋邊緣、電線(xiàn)桿），與離線(xiàn)柵格地圖進(jìn)行ICP匹配，估計(jì)水平漂移；激光測(cè)距儀垂直向下測(cè)高，融合氣壓計(jì)與IMU高度，采用EKF框架：狀態(tài)向量包含位置、速度、加速度偏置、氣壓零偏；觀(guān)測(cè)為激光測(cè)距高度與地圖匹配位置；每幀激光掃描與地圖匹配更新位置觀(guān)測(cè)，抑制IMU漂移。實(shí)驗(yàn)表明，10分鐘漂移可降至±3米。38.某型垂起固定翼無(wú)人機(jī)在過(guò)渡階段出現(xiàn)劇烈俯仰振蕩，經(jīng)頻域辨識(shí)發(fā)現(xiàn)短周期阻尼比僅0.15，請(qǐng)給出一種基于增益調(diào)度的控制律改進(jìn)方法，并給出調(diào)參步驟。答案：采用攻角-空速雙參數(shù)增益調(diào)度，設(shè)計(jì)LQR控制器，狀態(tài)量q、α、θ，輸入δe。步驟：①在過(guò)渡包線(xiàn)內(nèi)選取5個(gè)典型點(diǎn)（攻角5°~15°，空速8~18m/s）；②線(xiàn)性化模型，得狀態(tài)矩陣A、B；③對(duì)每個(gè)點(diǎn)求解Riccati方程，得反饋增益K(α,V)；④采用雙線(xiàn)性插值構(gòu)建增益調(diào)度表；⑤在Simulink搭建非線(xiàn)性模型，進(jìn)行Monte-Carlo仿真，驗(yàn)證阻尼比>0.5；⑥試飛時(shí)逐步放寬增益，監(jiān)視伺服飽和與噪聲放大，最終阻尼比提升至0.45，振蕩消除。39.簡(jiǎn)述氫燃料電池?zé)o人機(jī)在低溫（-10℃）環(huán)境下的啟動(dòng)策略，并給出熱管理方案。答案：?jiǎn)?dòng)策略：①停機(jī)時(shí)采用真空隔熱套+相變儲(chǔ)熱模塊，維持電堆>5℃；②啟動(dòng)前，DC-DC升壓至空載電壓，啟動(dòng)循環(huán)泵，采用PTC預(yù)熱冷卻液至0℃；③陰極通入干空氣，陽(yáng)極通入氫氣，采用脈沖排放防止水結(jié)冰；④電堆溫度>5℃后，按0.1A/cm2階梯加載，每階穩(wěn)定30秒，直至額定功率。熱管理：采用乙二醇-水混合液，三通閥控制大小循環(huán)，電堆出口設(shè)45℃節(jié)溫器；余熱通過(guò)鋁合金散熱片+低速風(fēng)扇排出，風(fēng)扇啟停由電堆出口溫度控制，目標(biāo)工作溫度60~65℃。40.植保無(wú)人機(jī)采用變量施藥系統(tǒng)，需根據(jù)NDVI植被指數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量，請(qǐng)給出硬件架構(gòu)與軟件算法。答案：硬件：多光譜相機(jī)（紅光、近紅外）固定于機(jī)頭下傾30°，通過(guò)CAN總線(xiàn)連接機(jī)載計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)運(yùn)行Linux+ROS，實(shí)時(shí)計(jì)算NDVI；流量計(jì)采用電磁式，精度±1%，通過(guò)PWM控制蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速；地面站預(yù)先生成處方圖（NDVI-流量曲線(xiàn)）。算法：①相機(jī)每秒采集一次圖像，裁剪中央50%區(qū)域，去噪后計(jì)算平均NDVI；②采用滑動(dòng)平均濾波，窗口5秒；③根據(jù)處方圖線(xiàn)性插值得目標(biāo)流量Q；④PID控制蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，反饋流量為實(shí)際值；⑤若NDVI<0.2，關(guān)閉噴頭；⑥作業(yè)后生成施藥報(bào)告，包含NDVI分布、實(shí)際流量、漏噴區(qū)域。六、綜合設(shè)計(jì)題（共35分）41.設(shè)計(jì)一款適用于高原（海拔4500米）長(zhǎng)航時(shí)（>8小時(shí)）的固定翼無(wú)人機(jī)，要求：（1）給出總體布局與主要參數(shù)（翼展、展弦比、翼載荷、動(dòng)力形式）；（2）進(jìn)行航時(shí)估算，證明滿(mǎn)足8小時(shí)指標(biāo)；（3）給出高原起降特殊措施；（4）提出一種低成本復(fù)合材料機(jī)翼制造工藝。答案：（1）總體布局：高單翼、常規(guī)尾翼、前三點(diǎn)輪式起落架，翼展3.6米，展弦比18，翼載荷28kg/m2，采用氫燃料電池+鋰電池混合動(dòng)力，電推進(jìn)，后置螺旋槳。（2）航時(shí)估算：飛機(jī)總重18kg，其中氫燃料3kg（含瓶），鋰電池2kg；氫燃料電池系統(tǒng)比能量600Wh/kg，提供1800Wh；鋰電池比能量220Wh/kg，提供440Wh；總能量2240Wh；巡航需用功率：升阻比20，翼載荷28kg/m2→氣動(dòng)載荷274N/m2；巡航速度=√(2×274/(1.225×0.742×0.8))≈26m/s；需用功率=274×26/20/0.85≈419W；航時(shí)=2240/419≈5.3小時(shí)；增加翼展至4.5米，展弦比25，升