無人機技術與應用考試試題含答案（培優(yōu)b卷）一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.某型四旋翼無人機在懸停狀態(tài)下，四個電機轉(zhuǎn)速完全相同，此時若突然將其中一臺電機轉(zhuǎn)速降低10%，其余三臺保持不變，機體最可能出現(xiàn)的運動是A.沿降低電機對角線方向平移B.沿降低電機方向滾轉(zhuǎn)并下降C.沿降低電機方向俯沖并偏航D.機體保持懸停但高度緩慢下降答案：B解析：降低單電機轉(zhuǎn)速會破壞升力平衡，該側(cè)升力減小，機體向該側(cè)滾轉(zhuǎn)，同時總升力下降導致高度降低。2.在GNSS拒止環(huán)境中，下列哪種傳感器組合能在不依賴外部基站的前提下，為小型多旋翼提供持續(xù)厘米級定位？A.雙目視覺+IMU+氣壓計B.激光雷達+IMU+輪速計C.單目視覺+超聲波+磁力計D.毫米波雷達+IMU+紅外測距答案：A解析：雙目視覺可輸出稠密深度與視覺里程計，與IMU融合后形成VIO（視覺慣性里程計），在短距離內(nèi)可達厘米級精度，氣壓計提供高度約束，無需外部信號。3.某固定翼無人機采用“雙發(fā)推力差”實現(xiàn)航向控制，其偏航力矩主要來源于A.兩翼升力差B.兩翼阻力差C.兩翼推力矢量差×力臂D.垂尾側(cè)滑角產(chǎn)生的側(cè)力答案：C解析：推力差×發(fā)動機至重心距離直接產(chǎn)生偏航力矩，無需依賴氣動面，適合無垂尾隱身布局。4.在Pixhawk開源飛控中，參數(shù)MPC_XY_CRUISE的物理含義是A.最大水平加速度B.最大水平巡航速度C.最大傾斜角D.最大位置跟蹤誤差答案：B解析：該參數(shù)定義多旋翼在Position模式下的最大水平飛行速度，單位m/s，直接影響任務執(zhí)行效率與安全性。5.某型電池標稱容量8000mAh、標稱電壓22.2V（6S1P），若無人機懸停電流為40A，則理論懸停時間為A.7.2minB.10.4minC.12.0minD.14.8min答案：C解析：8000mAh÷40000mA=0.2h=12min，電壓值在此計算中不影響時間，僅用于功率計算。6.下列關于激光雷達與毫米波雷達的描述，正確的是A.激光雷達雨霧穿透能力優(yōu)于毫米波B.毫米波角分辨率通常高于激光雷達C.激光雷達對黑色物體測距可靠性下降D.毫米波無法測量靜態(tài)物體答案：C解析：激光雷達依賴物體反射率，黑色表面吸收紅外光導致回波信號弱，測距精度下降甚至丟失。7.在RTK定位中，“固定解”的置信度主要通過以下哪項指標判斷？A.PDOPB.HRMSC.AgeofCorrectionD.RatioTest答案：D解析：RatioTest為整周模糊度檢驗值，>3通常認為固定解可靠，直接決定厘米級精度是否有效。8.某固定翼執(zhí)行“貓apult起飛”時，飛控需立即切換至哪個邏輯狀態(tài)？A.TakeoffB.MissionC.HoldD.Land答案：A解析：Takeoff模式內(nèi)置加速度與爬升率控制律，可安全管理零初速彈射起飛階段。9.在無人機集群編隊中，采用“虛擬結(jié)構法”相比“l(fā)eader-follower”最大的優(yōu)勢是A.通信帶寬需求低B.容錯性高C.可擴展性佳D.系統(tǒng)同步性強答案：D解析：虛擬結(jié)構將編隊視為剛體，所有成員同時跟蹤虛擬點，天然保證幾何同步，避免leader故障級聯(lián)。10.下列哪項不是導致無刷電機“同步丟失”的常見原因？A.ESC油門信號丟失B.磁鋼局部退磁C.相線接觸不良D.電池電壓驟降答案：B解析：磁鋼退磁會降低效率但不會直接觸發(fā)同步丟失；同步丟失主要由控制器無法檢測轉(zhuǎn)子位置引起。11.在航拍測繪中，若要求地面采樣距離（GSD）≤2cm，飛行高度100m，相機像元尺寸2.4μm，則所需鏡頭焦距約為A.8mmB.12mmC.24mmD.35mm答案：B解析：GSD=(H×a)/f→f=(H×a)/GSD=(100000μm×2.4μm)/20mm=12000μm=12mm。12.某型植保無人機噴幅5m，作業(yè)速度5m/s，藥液流量2L/min，則每畝理論用藥量為A.0.8LB.1.6LC.3.2LD.6.4L答案：B解析：每秒作業(yè)面積=5m×5m=25m2；每畝≈666.7m2；時間t=666.7/25≈26.7s；流量2L/min=0.033L/s；藥量=0.033×26.7≈0.89L，最接近1.6L（考慮重疊與漂移損失，行業(yè)常取1.5-2倍裕量）。13.在電池健康評估中，內(nèi)阻翻倍通常意味著A.容量下降10%B.容量下降20-30%C.容量不變僅放電倍率下降D.容量下降<5%答案：B解析：內(nèi)阻與容量退化呈非線性關系，翻倍時容量通常衰減20-30%，且高倍率性能顯著惡化。14.下列關于“動態(tài)回家點”功能的描述，錯誤的是A.適用于移動車輛起降B.需地面站持續(xù)心跳C.可基于GNSS+4G融合更新D.斷鏈后自動失效答案：D解析：斷鏈后飛控可繼續(xù)記錄最后有效回家點，不會自動失效，確保緊急返航仍有目標坐標。15.在紅外熱成像巡檢中，若檢測目標為“絕緣子串”，最佳拍攝時段為A.正午陽光最強B.日落前后1hC.凌晨日出前D.無月夜任意時段答案：B解析：日落前后負載電流大且日照引起的背景熱噪聲低，缺陷溫差對比度最高，易于識別局部過熱。二、多項選擇題（每題3分，共30分，多選少選均不得分）16.下列哪些措施可有效抑制多旋翼“果凍效應”？A.降低快門速度B.使用減振球隔離相機與機身C.增加槳葉剛度D.采用電子防抖算法E.提高飛控采樣頻率答案：B、C、D解析：減振球隔離高頻振動；高剛度槳減少形變振動；電子防抖可補償殘余低頻抖動；降低快門反而加重果凍；飛控采樣頻率與振動無直接關聯(lián)。17.關于固定翼“螺旋改出”操作，正確的有A.立即滿油門增加速度B.方向舵反向蹬舵抑制旋轉(zhuǎn)C.升降舵中立等待自然恢復D.副翼順螺旋方向壓桿E.高度允許下可收油門減小半徑答案：A、B、E解析：滿油門快速增加空速，方向舵反向抑制旋轉(zhuǎn)，收油門可減小螺旋半徑降低改出高度損失；副翼應反向壓桿制止?jié)L轉(zhuǎn)；升降舵需適當推桿減小迎角。18.下列哪些屬于《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規(guī)定》豁免范圍？A.空機重量<250gB.最大起飛重量<250gC.航模協(xié)會認證競賽機型D.室內(nèi)飛行無人機E.國家軍事用途無人機答案：B、D解析：規(guī)定明確最大起飛重量<250g及室內(nèi)飛行豁免；空機重量非標準；競賽機型與軍用不在同一法規(guī)體系。19.在無人機物流航線規(guī)劃中，必須考慮的禁飛區(qū)包括A.監(jiān)獄上空B.核電站周邊500mC.民用機場障礙物限制面D.國道正上方30mE.重要軍事設施答案：A、B、C、E解析：監(jiān)獄、核電站、機場障礙面、軍事設施均屬法定禁飛；國道上空30m未納入全國禁飛，但需審批。20.下列哪些情況會導致磁羅盤產(chǎn)生“日變”誤差？A.太陽風暴引發(fā)地磁擾動B.電池大電流產(chǎn)生的靜態(tài)磁場C.機體軟鐵材料被地磁磁化D.溫度漂移導致磁感元件零偏E.高壓輸電線下方飛行答案：A、C解析：日變指地磁場的自然晝夜變化與太陽活動相關；軟鐵材料被地磁誘導產(chǎn)生感應磁場；其余為干擾或零偏，非日變。21.關于鋰聚合物電池存儲，正確的有A.長期存放應充電至100%B.最佳存儲電壓為3.8V/CellC.環(huán)境溫度推薦15-25°CD.每3個月補電至3.7V防止過放E.可與金屬工具混放節(jié)省空間答案：B、C、D解析：3.8V可減緩老化；低溫干燥環(huán)境最佳；3.7V補電防止自放過低；滿電存儲加速容量衰減；金屬工具易短路。22.在FPV穿越機調(diào)參中，PID控制器D項過大可能導致A.高頻振蕩B.電機溫升C.響應遲鈍D.信號延遲E.電池電壓回彈答案：A、B解析：D項放大高頻噪聲引發(fā)振蕩，增加電機功耗與溫升；響應遲鈍為P項過??；延遲與D無關；電壓回彈為負載變化。23.下列哪些技術可用于無人機“無GPS返航”？A.視覺回環(huán)檢測B.激光雷達SLAMC.超寬帶（UWB）信標D.光學動作捕捉E.地基雷達引導答案：A、B、C、E解析：視覺/激光SLAM可構建地圖回航；UWB基站提供局域定位；地基雷達可引導返航；光學動捕僅限室內(nèi)小范圍。24.關于“電調(diào)固件刷寫”，正確的有A.BLHeli_32支持DShot1200B.刷寫前必須斷開電機C.可通過BetaflightConfigurator完成D.反向電機需重新焊接相線E.固件版本與硬件PWM頻率無關答案：A、B、C解析：BLHeli_32支持DShot1200；刷寫需斷電防誤轉(zhuǎn)；Betaflight內(nèi)置刷寫插件；反向電機可用軟件換向；固件決定最高頻率。25.在航拍建模中，提高“空三”成功率可采取A.增加航向重疊至90%B.使用RTK坐標作為初值C.交叉航線補充傾斜像對D.關閉相機畸變校正E.引入地面控制點（GCP）答案：A、B、C、E解析：高重疊、RTK初值、交叉航線、GCP均可提升空三精度與成功率；關閉畸變校正會降低匹配質(zhì)量。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）26.多旋翼電機KV值越高，同等電壓下輸出扭矩越大。答案：×解析：KV值高則轉(zhuǎn)速高，扭矩常數(shù)KT=1/KV，扭矩反而減小。27.固定翼“失速速度”隨重量增加而增大。答案：√解析：失速速度V_s∝√(W/Clmax)，重量W增加則V_s增大。28.光學變焦相機在變焦過程中，GSD保持不變。答案：×解析：焦距變化導致視場角變化，GSD隨焦距增大而減小。29.在ArduPilot中，設置FENCE_ENABLE=1可啟用電子圍欄。答案：√解析：參數(shù)定義明確，啟用后飛出圍欄將觸發(fā)RTL。30.2.4GHz遙控鏈路在雨天比900MHz更易衰減。答案：√解析：頻率越高，雨衰越大，2.4GHz衰減顯著高于900MHz。31.植保無人機使用“彌霧噴頭”可顯著減少飄移。答案：×解析：彌霧粒徑更小，易受風飄移，應使用防飄噴頭。32.激光雷達的“多回波”功能可穿透植被獲取地面點。答案：√解析：首次回波對應植被頂部，末次回波可能到達地面。33.在電池放電測試中，若電壓驟降后回升，說明電池健康良好。答案：×解析：電壓“回彈”現(xiàn)象表明內(nèi)阻大、極化嚴重，健康狀態(tài)差。34.民用無人機夜間飛行必須安裝航行燈且符合色標規(guī)定。答案：√解析：CCAR-92部明確要求左紅右綠尾白航行燈。35.使用“數(shù)字變焦”不會降低影像空間分辨率。答案：×解析：數(shù)字變焦僅裁剪放大，像素數(shù)量減少，空間分辨率下降。四、填空題（每空2分，共20分）36.某型電機KV=800，電池電壓22.2V，理論空載轉(zhuǎn)速為________rpm。答案：17760解析：800×22.2=17760rpm。37.若相機傳感器寬13.2mm，像元尺寸2.4μm，則橫向像素數(shù)為________。答案：5500解析：13.2×1000÷2.4=5500像素。38.固定翼最小轉(zhuǎn)彎半徑公式R=________（用速度V和坡度φ表示）。答案：V2/(g×tanφ)39.在Pixhawk中，參數(shù)EK2_GPS_TYPE=3表示使用________作為GPS數(shù)據(jù)源。答案：外部RTCM注入（即RTK）40.鋰聚合物電池能量密度理論上限約為________Wh/kg。答案：300解析：LiCoO?體系理論約300Wh/kg。41.某多旋翼總重2kg，懸停時單槳平均拉力________N（g取9.8）。答案：4.9解析：2×9.8÷4=4.9N（四旋翼）。42.根據(jù)Shannon定理，2.4GHz鏈路在20MHz帶寬下理論最大數(shù)據(jù)速率為________Mbps。答案：160解析：20MHz×8bit/s/Hz（256QAM5/6）≈160Mbps。43.在AgisoftMetashape中，像控點平面誤差限差一般設為________倍GSD。答案：1-244.植保無人機“畝噴量”單位換算：1L/畝=________L/公頃。答案：15解析：1公頃=15畝。45.激光雷達點云密度單位常用________（英文縮寫）。答案：pts/m2五、簡答題（每題10分，共30分）46.闡述多旋翼“動力飽和”現(xiàn)象的產(chǎn)生機理、危害及三種抑制策略。答案：機理：當姿態(tài)控制器輸出總拉力矢量超出電機最大升力總和時，系統(tǒng)進入飽和，優(yōu)先保證總拉力而犧牲姿態(tài)分配，導致失控旋轉(zhuǎn)。危害：急劇滾轉(zhuǎn)/偏航、高度驟降、槳葉打槳、墜機。策略：①線性縮放：檢測到飽和時等比例縮小所有電機輸出，保持姿態(tài)優(yōu)先級；②動態(tài)限位：在控制器前端加入推力包絡約束，提前限制最大姿態(tài)角速度；③增益調(diào)度：根據(jù)電池電壓實時調(diào)整PID上限，防止低電壓時過深飽和。47.說明固定翼“海豚跳”縱向振蕩的成因及調(diào)參步驟。答案：成因：速度變化→升力變化→高度變化→飛行員或高度控制器反復修正→形成周期約10-20s的振蕩；根本原因在于速度穩(wěn)定性不足，即速度阻尼導數(shù)Mu過小。調(diào)參：1.增大升降舵速度阻尼（PID的D項）或調(diào)整TECS_SPD_D；2.減小高度回路積分增益（TECS_HEIGHT_I）避免過沖；3.調(diào)整油門至速度通道的前饋增益（TECS_THR_FF），提升響應速度；4.若仍振蕩，降低空速設定值，使飛機工作在更高剩余推力區(qū)間，增加固有阻尼。48.描述基于視覺的無人機“自主繞障”系統(tǒng)框架，并給出前端視覺算法選型依據(jù)。答案：框架：①感知層：雙目/深度相機獲取稠密點云或RGB-D；②前端：視覺SLAM（ORB-SLAM3或VINS-Fusion）輸出6DoF位姿與稀疏點云；③地圖層：將點云轉(zhuǎn)換為ESDF或TSDF柵格，更新局部障礙物概率；④規(guī)劃層：采用B-Spline或KinodynamicA*在柵格空間生成光滑軌跡，滿足動力學約束；⑤控制層：MPC跟蹤軌跡，輸出姿態(tài)與推力。選型依據(jù)：計算資源：機載ARMA72+GPU，ORB-SLAM3CPU友好；環(huán)境紋理：紋理豐富選特征法，弱紋理選直接法（DSO）；實時性：VINS-Fusion融合IMU，30ms內(nèi)完成估計；魯棒性：支持回環(huán)檢測與重定位，防止漂移導致撞障。六、計算題（每題15分，共30分）49.某六旋翼單槳靜推力數(shù)據(jù)如下：轉(zhuǎn)速3000rpm對應推力3.5N，功率52W；轉(zhuǎn)速4000rpm對應推力6.2N，功率98W。已知：總起飛重量12kg，目標爬升速度3m/s，空氣阻力在3m/s時約18N，電池電壓22.2V，容量16000mAh，系統(tǒng)總效率η=0.72。求：（1）懸停所需最低轉(zhuǎn)速n?（rpm）；（2）爬升狀態(tài)單槳推力T?；（3）理論爬升時間（電池100%-20%）。答案：（1）懸停單槳推力T?=12×9.8/6=19.6N設推力與轉(zhuǎn)速平方成正比：T=k·n2k=3.5/30002=3.89×10??N/rpm2n?=√(19.6/k)=√(19.6/3.89×10??)=7110rpm（2）爬升需總拉力F=mg+F_drag+ma=12×9.8+18+12×3=153.6N單槳T?=153.6/6=25.6N（3）功率與轉(zhuǎn)速立方成正比：P=c·n3c=52/30003=1.93×10??W/rpm3爬升轉(zhuǎn)速n?=√(25.6/k)=8110rpm單槳功率P?=c·n?3=1.93×10??×81103=1030W總功率P_total=6×1030/0.72=8583W電流I=8583/22.2≈387A可用容量=16Ah×0.8=12.8Ah時間t=12.8/387×60≈2.0min50.某固定翼執(zhí)