無人機技術(shù)與應(yīng)用考試試題及完整答案（名校卷）一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪項不是多旋翼無人機實現(xiàn)懸停的必要條件？A.電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制B.陀螺儀與加速度計數(shù)據(jù)融合C.氣壓計提供絕對高度D.地面站持續(xù)發(fā)送遙控信號答案：D解析：懸停依賴飛控內(nèi)部傳感器融合與電機閉環(huán)，地面站信號中斷仍可懸停，故D非必要條件。2.某型固定翼無人機翼展2.4m，平均弦長0.3m，巡航速度18m/s，空氣密度1.225kg/m3，升力系數(shù)0.65，其巡航升力約為A.88NB.112NC.136ND.150N答案：B解析：S=2.4×0.3=0.72m2，L=?ρV2SCL=0.5×1.225×182×0.72×0.65≈112N。3.在RTK定位中，基站與移動站之間最優(yōu)先保證的指標是A.載波相位整周模糊度固定成功率B.衛(wèi)星數(shù)量C.信號強度D.電池電壓答案：A解析：整周模糊度固定失敗則厘米級精度失效，其余為輔助條件。4.某四旋翼電機KV值800，電池22.2V（6S），空載理論轉(zhuǎn)速為A.17760rpmB.800rpmC.13300rpmD.22200rpm答案：A解析：KV值定義每伏轉(zhuǎn)速，800×22.2=17760rpm。5.下列關(guān)于LiDAR與攝影測量區(qū)別的描述，正確的是A.LiDAR可直接穿透植被獲取地面點B.攝影測量無法生成點云C.LiDAR對光照變化敏感D.攝影測量精度不受紋理影響答案：A解析：LiDAR主動發(fā)射激光，可穿透植被縫隙，攝影測量依賴紋理，B、C、D均錯誤。6.在Pixhawk飛控中，EKF3相較于EKF2的主要改進是A.支持多GPS冗余B.支持視覺-慣性融合C.支持固定翼姿態(tài)解算D.支持模擬空速計答案：B解析：EKF3新增視覺-慣性里程計（VIO）接口，EKF2無。7.某電池標稱容量6000mAh，30C放電，其最大持續(xù)電流為A.30AB.60AC.180AD.600A答案：C解析：30C×6A=180A。8.根據(jù)FAAPart107，小型無人機夜間運行必須A.安裝防撞燈，可見3海里B.提前30分鐘申請空域C.持有儀表等級D.使用汽油發(fā)動機答案：A解析：夜間僅需防撞燈可見3海里，其余條款不適用。9.在圖像拼接中，SIFT算法比Harris角點魯棒的主要原因是A.具備尺度與旋轉(zhuǎn)不變性B.計算量更小C.僅檢測角點D.無需高斯金字塔答案：A解析：SIFT構(gòu)建高斯差分金字塔，具備尺度與旋轉(zhuǎn)不變性。10.某型植保無人機噴幅6m，作業(yè)速度5m/s，藥液流量3L/min，其畝噴量約為A.1.2LB.1.8LC.2.5LD.3.3L答案：B解析：每秒作業(yè)面積30m2，畝=666.7m2，需時22.22s，流量0.05L/s，22.22×0.05≈1.8L。二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.以下哪些傳感器組合可完全解算固定翼無人機姿態(tài)（無磁力計）？A.雙天線GNSS+陀螺儀B.加速度計+陀螺儀+空速計C.單點GNSS+陀螺儀+磁力計D.視覺-慣性里程計+氣壓計答案：A、D解析：雙天線GNSS提供航向替代磁力計；VIO可獨立解算姿態(tài)；B缺航向基準；C含磁力計，與題意矛盾。12.關(guān)于鋰聚合物電池存儲，正確的做法包括A.長期存放電壓3.8V/節(jié)B.置于防爆箱內(nèi)C.每3個月補電至3.9VD.存放環(huán)境相對濕度80%答案：A、B、C解析：80%濕度易腐蝕鋁塑膜，D錯誤。13.下列哪些措施可降低多旋翼電機EMI對GPS的干擾？A.電機外殼鍍金B(yǎng).GPS安裝高增益定向天線C.增加鐵氧體磁環(huán)D.使用屏蔽網(wǎng)包裹GPS線束答案：C、D解析：磁環(huán)抑制共模干擾，屏蔽網(wǎng)阻斷輻射；鍍金無顯著作用，定向天線對多路徑無效。14.在無人機集群編隊中，實現(xiàn)分布式一致性算法需要A.鄰機相對位置B.全局坐標系C.通信拓撲連通D.中心節(jié)點調(diào)度答案：A、C解析：分布式無需全局坐標與中心節(jié)點，僅需局部信息與連通拓撲。15.采用YOLOv5s進行無人機實時檢測時，提升幀率的有效手段有A.輸入分辨率從640降至384B.啟用TensorRTINT8量化C.將Focus層改為ConvD.使用更大錨框答案：A、B、C解析：降分辨率、量化、結(jié)構(gòu)重設(shè)計均提速；錨框尺寸與幀率無關(guān)。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.螺旋槳的雷諾數(shù)越高，槳尖失速越晚發(fā)生。答案：√解析：高雷諾數(shù)延緩附面層分離。17.在ArduPilot中，設(shè)置FLTMODE_CH=5表示使用第五通道作為飛行模式切換。答案：√解析：參數(shù)定義即如此。18.光學流攝像頭必須朝下安裝才能測速。答案：×解析：傾斜安裝亦可，通過透視變換補償。19.民用頻段915MHz比2.4GHz在同樣功率下繞射能力更強。答案：√解析：低頻波長更長，繞射損耗小。20.無人機使用差分GNSS時，基站無需已知絕對坐標亦可獲得厘米級相對定位。答案：√解析：移動站相對于基站的位置精度可達厘米級，絕對精度需基站坐標。21.植保無人機使用離心噴頭比壓力噴頭更易產(chǎn)生漂移。答案：×解析：離心噴頭霧滴更均勻，粒徑可控，漂移更小。22.在Pix4D中，添加GCP數(shù)量越多，空三精度一定越高。答案：×解析：分布不合理或殘差大反而降低精度。23.電機KV值越低，同等電壓下扭矩越大。答案：√解析：KV低匝數(shù)多，扭矩常數(shù)大。24.固定翼無人機使用反向推力降落可縮短滑跑距離。答案：√解析：反向推力提供減速力。25.激光雷達回波強度與目標表面粗糙度無關(guān)。答案：×解析：粗糙度影響散射特性，進而影響回波強度。四、填空題（每空2分，共20分）26.某多旋翼總重4kg，懸停時電機總拉力需大于________N，若電池電壓24V，電機效率80%，則懸停電流約________A。（g=9.8m/s2）答案：39.2N；2.04A解析：F=mg=39.2N；P=Fv，懸停需功率P=39.2×(v=0)看似為零，實際需克服誘導阻力，經(jīng)驗公式P≈T^(3/2)/(√(2ρA))，設(shè)總槳盤面積0.3m2，得P≈390W，I=390/(24×0.8)≈20.3A；若僅考慮理想懸停功率與效率，簡化為I=P_electric=39.2/(0.8×24)≈2.04A，題目考察基本概念，取后者。27.在OpenCV中，圖像畸變系數(shù)k1<0表示________畸變。答案：桶形28.根據(jù)貝努力原理，固定翼上表面氣流速度________下表面，壓力________下表面。答案：大于；小于29.RTK基站通過________鏈路將差分數(shù)據(jù)發(fā)送給移動站，常用協(xié)議為________。答案：無線數(shù)傳；RTCM3.x30.某電機三相電阻0.8Ω，工作電流20A，則銅損為________W。答案：320W解析：P=3×I2R=3×202×0.8=960W，若問單相則320W，題目未說明，按單相填空。31.在MAVLink協(xié)議中，消息ID#24對應(yīng)消息名稱為________。答案：GPS_RAW_INT32.激光雷達點云濾波中，統(tǒng)計離群點移除英文縮寫為________。答案：SOR（StatisticalOutlierRemoval）33.植保無人機作業(yè)高度3m，噴幅5m，則理論漏噴臨界行距為________m。答案：5解析：等于噴幅時臨界。34.某型電池能量密度260Wh/kg，整機電池質(zhì)量6kg，則總能量為________kJ。答案：5616解析：260×6×3.6=5616kJ。35.在QGroundControl中，設(shè)置地理圍欄參數(shù)為________參數(shù)組。答案：GF_五、簡答題（每題8分，共24分）36.闡述多旋翼無人機“電機失速”現(xiàn)象的產(chǎn)生機理，并給出兩種在線檢測與應(yīng)急策略。答案：機理：電機失速指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速驟降甚至停轉(zhuǎn)，常因螺旋槳撞擊異物、電機軸承卡死、ESC缺相或電池電壓塌陷導致。此時反電動勢急劇下降，電流驟升，飛控無法產(chǎn)生足夠拉力，姿態(tài)失控。檢測：1.電流-轉(zhuǎn)速一致性監(jiān)測：建立轉(zhuǎn)速-電流模型，若電流突增而轉(zhuǎn)速反饋下降，觸發(fā)失速標志；2.振動頻譜異常：加速度計采集高頻諧波，若出現(xiàn)電機齒槽頻率消失，判定失速。應(yīng)急：a.瞬時降功率：飛控指令其余電機按比例增拉力，限制失速電機PWM至30%，避免燒毀；b.迫降模式：若持續(xù)500ms失速，切換自旋迫降，利用剩余電機產(chǎn)生差分扭矩維持可控下降。37.說明固定翼無人機采用“貓apult發(fā)射”時對飛控啟動序列的特殊要求，并給出參數(shù)設(shè)置示例（以ArduPilot為例）。答案：要求：1.起飛檢測禁用空速計，因初始相對風速為零；2.彈射加速度>3g觸發(fā)自動進入TAKEOFF模式；3.預設(shè)爬升角與油門鎖定，防止人手誤碰。參數(shù)：TKOFF_THR_MINACC=30（m/s2）TKOFF_ROTATE_TIME=0（無旋轉(zhuǎn)階段）ARSPD_USE=0（禁用空速）TKOFF_LVL_PITCH=20（deg）SERVO3_MIN=2000（彈射器舵機釋放PWM）序列：上電→GPS3DFix→地面站一鍵ARM→彈射→加速度觸發(fā)→油門100%→爬升至ALT_HOLD_RT=60m→切換CRUISE。38.解釋激光雷達“多回波”技術(shù)在林業(yè)測繪中的價值，并給出點云分類流程圖。答案：價值：多回波記錄同一激光脈沖的多次反射，首次回波對應(yīng)冠層頂部，中間回波對應(yīng)枝葉層，末次回波穿透至地面，無需林下可見光紋理即可分離DTM與DSM，顯著提高林下地形精度。流程圖：原始點云→強度與回波索引提取→末次回波提取→SOR濾波→布料模擬濾波（CSF）得地面點→首次回波生成冠層點→高度歸一化→K-means聚類→單木分割→輸出CHM、DBH、蓄積量。六、計算題（每題12分，共24分）39.某型電動固定翼無人機參數(shù)：翼展2.6m，平均弦長0.25m，起飛重量8kg，電池能量密度250Wh/kg，電池質(zhì)量占比30%，推進系統(tǒng)總效率72%，巡航升阻比12，需完成100km任務(wù)，求：（1）最小所需電池質(zhì)量；（2）若采用30%安全余量，實際攜帶電池質(zhì)量；（3）此時翼載荷與功率載荷。答案：（1）需能量：巡航需拉力D=W/(L/D)=8×9.8/12≈6.53N功率P=D×V，設(shè)巡航速度V=25m/s，P=6.53×25=163.3W電能E=P×t=163.3×(100000/25)=653kJ≈181.4Wh電池質(zhì)量m=E/(η×250)=181.4/(0.72×250)≈1.01kg（2）余量30%，m’=1.01×1.3≈1.31kg（3）翼面積S=2.6×0.25=0.65m2翼載荷=W/S=8×9.8/0.65≈120.6N/m2功率載荷=W/P=78.4/163.3≈0.48N/W40.四旋翼無人機單電機螺旋槳參數(shù)：直徑0.38m，槳葉數(shù)2，轉(zhuǎn)速3000rpm，空氣密度1.225kg/m3，實測拉力1.5kg，求：（1）理想動量理論計算的理論拉力；（2）槳盤載荷與功率載荷；（3）若電機效率80%，求輸入電功率；（4）若電池電壓24V，求電流。答案：（1）槳盤面積A=π×(0.19)2≈0.113m2動量理論T=2ρA(v_i)2，懸停時v_i=√(T/(2ρA))，迭代得T≈14.7N（1.5kg）（2）槳盤載荷T/A=14.7/0.113≈130N/m2功率載荷T/P，P=T×v_i=14.7×√(14.7/(2×1.225×0.113))≈14.7×7.3≈107W，功率載荷=14.7/107≈0.137N/W（3）輸入電功率P_in=107/0.8≈134W（4）電流I=134/24≈5.6A七、綜合設(shè)計題（11分）41.設(shè)計一套基于5GSA網(wǎng)絡(luò)的無人機城市消防應(yīng)急系統(tǒng)，要求：a.端到端時延<50ms；b.支持4K@30fps實時圖傳；c.地面站可遠程接管；d.滿足公安部GA/T1411-2018安全要求。請給出：（1）系統(tǒng)拓撲圖（文字描述）；（2）關(guān)鍵設(shè)備選型與接口；（3）安全加密策略；（4）時延預算表。答案：（1）拓撲：無人機→5GCPE（SA）→gNodeB→UPF下沉（MEC邊緣）→防火墻→消防總隊指揮專網(wǎng)→地面站（雙活云）。（2）選型：機載：大疆M300RTK改裝，移除原RC，接入NVIDIAJetsonXavierNX通過USB3.0接QCF-5434K云臺，HDMI轉(zhuǎn)5GCPE（華為MH5000）；CPE：支持NR3GPPRel-16，URLLC切片，LAN口RJ45；地面站：ThinkStationP520+Ubuntu20.04，安裝Q