無人機(jī)技術(shù)與應(yīng)用考試試題帶答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在固定翼無人機(jī)縱向靜穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，若重心前移，則：A.靜穩(wěn)定性減弱，操縱靈敏度提高B.靜穩(wěn)定性增強(qiáng)，操縱靈敏度降低C.靜穩(wěn)定性不變，誘導(dǎo)阻力減小D.靜穩(wěn)定性增強(qiáng)，誘導(dǎo)阻力增大答案：B解析：重心前移使氣動中心與重心距離增大，縱向恢復(fù)力矩增強(qiáng)，靜穩(wěn)定性提高；同時升降舵所需偏轉(zhuǎn)角增大，操縱靈敏度下降。2.多旋翼無人機(jī)在懸停狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)速突然整體下降5%，最可能導(dǎo)致：A.電池內(nèi)阻驟降B.螺旋槳雷諾數(shù)升高C.總拉力系數(shù)減小，飛行器開始下降D.陀螺儀零偏被補(bǔ)償答案：C解析：轉(zhuǎn)速下降→螺旋槳動壓減小→拉力與轉(zhuǎn)速平方成正比，總拉力不足，飛行器無法維持懸停高度。3.RTK差分定位中，基站向移動站發(fā)送的改正數(shù)據(jù)最核心的是：A.衛(wèi)星仰角B.載波相位觀測值C.衛(wèi)星鐘差模型D.電離層延遲圖答案：B解析：RTK利用載波相位差分實(shí)現(xiàn)厘米級定位，基站將自身觀測到的載波相位實(shí)時播發(fā)給移動站做雙差解算。4.某型電動無人機(jī)最大起飛重量25kg，采用6S22000mAh鋰聚合物電池，若懸停時功率密度為180W/kg，則懸停時間最接近：A.8minB.12minC.18minD.25min答案：C解析：可用能量=22Ah×25.2V(6S滿電)=554Wh；懸停功率=180W/kg×25kg=4500W；時間=554/4500×60≈7.4min，考慮80%放電深度，≈18min。5.在無人機(jī)激光雷達(dá)測繪中，若掃描頻率從100kHz提升至200kHz，而飛行速度不變，則點(diǎn)云密度：A.沿航跡方向減半，垂直航跡方向加倍B.沿航跡方向加倍，垂直航跡方向不變C.沿航跡方向不變，垂直航跡方向加倍D.沿航跡方向加倍，垂直航跡方向減半答案：B解析：掃描頻率提升→每秒激光點(diǎn)數(shù)加倍；飛行速度不變→沿航跡間距減半，密度加倍；垂直航跡由掃描鏡擺動決定，與頻率無關(guān)。6.下列關(guān)于無人機(jī)編隊(duì)飛行“一致性算法”的描述，正確的是：A.僅需位置一致，無需速度一致B.基于局部鄰居信息即可實(shí)現(xiàn)全局同步C.通信拓?fù)浔仨毴B接D.算法收斂速度與節(jié)點(diǎn)數(shù)無關(guān)答案：B解析：一致性算法利用圖論鄰接矩陣，通過局部信息交換即可使全網(wǎng)狀態(tài)漸近收斂到同一值，無需全局通信。7.在紅外熱成像巡檢中，為了準(zhǔn)確測量光伏板溫度，需首先進(jìn)行：A.反射溫度補(bǔ)償B.增益校正C.非均勻性校正（NUC）D.幀間差分答案：C解析：紅外焦平面陣列存在像素響應(yīng)不一致，需通過擋板或快門實(shí)時進(jìn)行NUC，消除固定圖案噪聲，保證測溫精度。8.某型垂直起降固定翼無人機(jī)在轉(zhuǎn)換階段出現(xiàn)“掉高”現(xiàn)象，最可能的原因是：A.前飛速度低于最小轉(zhuǎn)換速度B.螺旋槳槳距角過大C.副翼中立位置未校準(zhǔn)D.GPS衛(wèi)星數(shù)不足答案：A解析：轉(zhuǎn)換階段需達(dá)到臨界空速方可由旋翼模式安全過渡至固定翼模式；低于該速度，機(jī)翼無法產(chǎn)生足夠升力，導(dǎo)致掉高。9.在Pixhawk飛控中，IMU數(shù)據(jù)經(jīng)過互補(bǔ)濾波后的主要作用是：A.消除陀螺儀隨機(jī)游走B.融合GPS觀測C.抑制加速度計(jì)高頻噪聲D.估計(jì)陀螺儀零偏答案：C解析：互補(bǔ)濾波利用陀螺儀高頻可信、加速度計(jì)低頻可信的特性，將兩者融合，抑制加速度計(jì)震動噪聲，提高姿態(tài)精度。10.依據(jù)中國民航《民用無人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》，最大起飛重量大于多少克的無人機(jī)必須進(jìn)行實(shí)名登記：A.150gB.250gC.500gD.1000g答案：B解析：自2017年6月1日起，最大起飛重量≥250g的民用無人機(jī)須在“無人機(jī)實(shí)名登記系統(tǒng)”完成登記。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降低多旋翼無人機(jī)飛行噪聲：A.采用大直徑低槳距螺旋槳B.增加電機(jī)極對數(shù)C.優(yōu)化螺旋槳尖端后掠形狀D.提高電池電壓E.在槳尖引入鋸齒尾緣答案：A、C、E解析：大直徑低槳距可降低槳尖速度；后掠與鋸齒尾緣可破碎渦流，降低寬帶噪聲；增加極對數(shù)與電壓對噪聲無直接抑制。12.關(guān)于無人機(jī)遙感影像空三加密，以下說法正確的有：A.需要至少3個地面控制點(diǎn)B.可采用SIFT算法進(jìn)行特征匹配C.區(qū)域網(wǎng)平差可消除系統(tǒng)誤差D.POS數(shù)據(jù)可完全替代控制點(diǎn)E.自檢校參數(shù)可補(bǔ)償相機(jī)畸變答案：A、B、C、E解析：POS數(shù)據(jù)雖提供外方位元素初值，但仍有漂移，需少量控制點(diǎn)約束；自檢校平差引入附加參數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)誤差。13.在無人機(jī)物流配送中，以下哪些因素會顯著影響能量消耗：A.貨箱迎風(fēng)面積B.起降次數(shù)C.電池放電倍率D.地面站射頻功率E.螺旋槳數(shù)量答案：A、B、C解析：迎風(fēng)面積增加→誘導(dǎo)阻力增大；多次起降需額外爬升能量；高倍率放電降低電池能量效率；地面站射頻功率與機(jī)載能耗無關(guān)；螺旋槳數(shù)量本身不直接決定能耗。14.下列屬于無人機(jī)應(yīng)急通信常用頻段的有：A.1430–1444MHzB.840.5–845MHzC.2400–2483.5MHzD.5725–5850MHzE.27MHz答案：A、B、C、D解析：27MHz為老舊遙控頻段，帶寬窄、干擾大，不用于寬帶應(yīng)急通信；其余均為工信部允許無人機(jī)圖傳/數(shù)傳頻段。15.在無人機(jī)集群表演中，實(shí)現(xiàn)三維圖案變換需依賴：A.地面站統(tǒng)一時間同步B.機(jī)間UWB測距C.預(yù)設(shè)Bezier軌跡D.實(shí)時風(fēng)場估計(jì)E.LED燈驅(qū)動電流校準(zhǔn)答案：A、C、D解析：時間同步保證同時起跳；Bezier軌跡提供平滑路徑；風(fēng)場估計(jì)用于在線修正；UWB非必須；LED電流校準(zhǔn)與圖案幾何無關(guān)。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.固定翼無人機(jī)采用后掠角設(shè)計(jì)的主要目的是提高縱向靜穩(wěn)定性。答案：×解析：后掠角主要提高臨界馬赫數(shù)、改善橫航向穩(wěn)定性，對縱向靜穩(wěn)定性貢獻(xiàn)有限。17.激光雷達(dá)回波強(qiáng)度值與目標(biāo)表面粗糙度呈正相關(guān)。答案：√解析：粗糙表面產(chǎn)生更多漫反射，回波能量更強(qiáng)，強(qiáng)度值增大。18.在Pixhawk中，EKF2estimator的觀測更新步驟優(yōu)先融合GPS水平位置而非氣壓計(jì)高度。答案：√解析：GPS水平精度高，EKF2將其設(shè)為高置信度觀測；氣壓計(jì)高度受氣流影響，置信度低。19.多旋翼無人機(jī)在電池電量低于10%時仍可以滿功率爬升。答案：×解析：低電量時電池內(nèi)阻升高，電壓跌落，滿功率可能觸發(fā)BMS斷電，導(dǎo)致墜機(jī)。20.根據(jù)中國民航《特定類無人機(jī)試運(yùn)行管理規(guī)程（暫行）》，試運(yùn)行批準(zhǔn)的有效期最長不超過2年。答案：√解析：文件明確規(guī)定試運(yùn)行期限不超過24個月，到期需重新評估。21.采用碳纖維復(fù)合材料制造螺旋槳可顯著降低陀螺效應(yīng)。答案：×解析：陀螺效應(yīng)與轉(zhuǎn)動慣量成正比，碳纖維雖輕，但降低幅度有限，無法“顯著”消除。22.在可見光遙感中，藍(lán)光波段對水體穿透能力最強(qiáng)。答案：√解析：藍(lán)光波長最短，水中散射系數(shù)最小，穿透深度最大。23.無人機(jī)機(jī)載毫米波雷達(dá)比激光雷達(dá)更易受雨霧影響。答案：×解析：毫米波穿透雨霧能力強(qiáng)于激光，激光波長與雨滴接近，散射嚴(yán)重。24.在編隊(duì)飛行中，若通信拓?fù)錇橛邢蛏蓸?，則一致性算法必然收斂。答案：√解析：有向生成樹保證全局可達(dá)，滿足一致性收斂的必要條件。25.使用RTK定位時，基站與移動站距離超過50km仍可獲得厘米級精度。答案：×解析：基線過長導(dǎo)致大氣延遲空間相關(guān)性下降，雙差殘差增大，精度降至分米級。四、填空題（每空2分，共20分）26.某固定翼無人機(jī)翼載荷為35kg/m2，若最大升力系數(shù)為1.4，海平面空氣密度1.225kg/m3，則最小平飛速度為________m/s。（保留一位小數(shù)）答案：22.6解析：由公式v=，翼載荷=35×27.多旋翼無人機(jī)電機(jī)KV值800，使用6S電池滿電25.2V，空載轉(zhuǎn)速為________rpm。答案：20160解析：KV值定義轉(zhuǎn)速/V，800×25.2=20160rpm。28.在攝影測量中，若相機(jī)主距為35mm，像元大小為3.9μm，則像片比例尺為1:10000時，對應(yīng)地面分辨率為________cm。答案：39解析：地面分辨率=像元大小×比例尺=3.9μm×10000=39mm=3.9cm。29.激光雷達(dá)測距方程中，若發(fā)射功率為1W，接收孔徑面積0.01m2，目標(biāo)反射率0.3，距離100m，則接收功率約為________W。（忽略大氣衰減，目標(biāo)為朗伯體）答案：2.4×10??解析：接收功率=，θ=0°，代入得=9.5530.某型無人機(jī)采用FHSS跳頻通信，頻段2400–2483MHz，若每信道帶寬1MHz，則可用信道數(shù)為________個。答案：83解析：83MHz帶寬，1MHz間隔，共83個信道。31.在無人機(jī)電磁兼容性測試中，輻射發(fā)射測試常用天線為________極化對數(shù)周期天線。答案：線解析：標(biāo)準(zhǔn)CISPR要求線極化對數(shù)周期天線進(jìn)行30MHz–1GHz輻射發(fā)射測試。32.若固定翼無人機(jī)采用克拉克Y翼型，零升迎角為–3°，則當(dāng)幾何迎角為5°時，實(shí)際升力迎角為________°。答案：8解析：實(shí)際升力迎角=幾何迎角–零升迎角=5–(–3)=8°。33.在Pixhawk飛控中，參數(shù)MPC_XY_CRUISE代表多旋翼________速度。答案：水平巡航解析：該參數(shù)定義自動模式下水平巡航速度，單位m/s。34.中國民航規(guī)定，無人機(jī)云系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存期限不得少于________個月。答案：3解析：《無人機(jī)云系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理規(guī)范》要求原始數(shù)據(jù)保存3個月。35.若激光雷達(dá)點(diǎn)云密度為50pts/m2，飛行高度100m，視場角60°，則對應(yīng)點(diǎn)間距約為________cm。答案：14解析：點(diǎn)間距d=五、簡答題（每題10分，共30分）36.闡述多旋翼無人機(jī)在強(qiáng)風(fēng)條件下出現(xiàn)“飄高”現(xiàn)象的機(jī)理，并給出兩種工程抑制措施。答案：機(jī)理：強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致飛行器傾斜以產(chǎn)生抗風(fēng)分量，此時垂直升力分解為升力與水平抗風(fēng)力，總升力在垂直方向分量小于重力；飛控為維持高度，會加大油門，使總拉力增大，當(dāng)風(fēng)速突減或飛行器進(jìn)入背風(fēng)區(qū)，傾斜角迅速回零，瞬間多余升力導(dǎo)致“飄高”。抑制措施：1.引入前饋風(fēng)速估計(jì)，將風(fēng)速矢量納入高度控制器，提前降低拉力；2.采用自適應(yīng)高度速率限制器，當(dāng)垂直速度超過閾值時，臨時降低高度環(huán)增益，抑制超調(diào)。37.說明激光雷達(dá)與相機(jī)聯(lián)合標(biāo)定的目的，并給出一種基于平面靶標(biāo)的聯(lián)合標(biāo)定步驟。答案：目的：獲得激光雷達(dá)坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的外參（旋轉(zhuǎn)R、平移t），使點(diǎn)云與影像像素級對齊，實(shí)現(xiàn)真彩色點(diǎn)云或高精度測圖。步驟：1.制作帶圓形反光標(biāo)記的平面棋盤格靶標(biāo)，保證激光反射強(qiáng)度對比明顯；2.同時采集多視角激光點(diǎn)云與影像，保證靶標(biāo)完整可見；3.提取影像角點(diǎn)像素坐標(biāo)，通過張正友標(biāo)定獲得相機(jī)內(nèi)參；4.在點(diǎn)云中擬合靶標(biāo)平面，提取激光角點(diǎn)三維坐標(biāo)；5.建立2D–3D對應(yīng)關(guān)系，使用PnP算法求解R、t初值；6.構(gòu)建重投影誤差與點(diǎn)到平面誤差聯(lián)合優(yōu)化函數(shù)，采用Levenberg–Marquardt非線性優(yōu)化，得到高精度外參。38.描述固定翼無人機(jī)“深失速”改出流程，并指出關(guān)鍵空速與姿態(tài)閾值。答案：深失速指飛行器迎角遠(yuǎn)超失速角，升降舵失效，高度急劇下降。改出流程：1.立即將油門置最大，增加能量；2.推桿至–10°俯角，減小迎角，等待升降舵恢復(fù)操縱；3.當(dāng)空速達(dá)到1.3倍失速速度（Vs）時，緩慢拉桿退出俯沖，保持過載≤3g；4.高度恢復(fù)后調(diào)整姿態(tài)至平飛。關(guān)鍵閾值：空速≥1.3Vs，俯角≤–30°，過載≤3g，防止結(jié)構(gòu)損傷。六、綜合設(shè)計(jì)題（25分）39.某山區(qū)110kV輸電線路全長60km，海拔落差800m，需采用無人機(jī)進(jìn)行可見光與紅外雙光巡檢。請完成以下設(shè)計(jì)：（1）選擇無人機(jī)平臺類型并說明理由；（2）制定巡檢航線策略，包含飛行高度、速度、重疊度；（3）計(jì)算單架次最少架次數(shù)量，已知電池能量密度200Wh/kg，可用載荷3kg，整機(jī)起飛重量8kg，任務(wù)設(shè)備功耗30W，巡航功率密度120W/kg；（4）給出紅外測溫精度保證措施；（5）列出數(shù)據(jù)后處理流程，指出缺陷識別算法。答案：（1）選擇垂直起降固定翼（VTOL）平臺：山區(qū)地形復(fù)雜，無跑道，VTOL兼具多旋翼起降與固定翼長航時，適合大范圍巡檢。（2）航線策略：飛行高度高于導(dǎo)線80m，避免電磁干擾；速度18m/s，保證圖像清晰；航向重疊70%，旁向重疊60%，確保連續(xù)覆蓋；采用“之”字形航線，一次飛行覆蓋雙側(cè)線路。（3）能量計(jì)算：可用能量=3kg×200Wh/kg=600Wh；巡航功率=120W/kg×8kg=960W；任務(wù)設(shè)備30W，總990W；理論航時=600/990×60≈36min；航程=18m/s×36×60=38.9km；單架次