2025年《无人机操控与维护》理论考试复习题库及答案详解

2025年《无人机操控与维护》理论考试复习题库及答案详解一、无人机系统基础与飞行原理1.【单选】某四旋翼无人机在悬停状态下，电机1、3转速同时下降200rpm，电机2、4保持不变，此时无人机将：A.向前平移 B.向后平移 C.向左滚转 D.向右滚转答案：B解析：四旋翼采用“X”模式，电机1、3为逆时针桨，位于机头右后方与左前方；降低其转速会导致机头方向升力减小，机体绕横轴向后倾斜，产生向后水平分力，故向后平移。2.【单选】下列关于旋翼雷诺数Re的说法正确的是：A.Re与空气密度成反比 B.Re与桨叶弦长无关 C.Re与桨尖线速度成正比 D.Re与动力粘度成正比答案：C解析：Re=ρ·v·c/μ，其中v为特征速度，桨尖线速度增大直接使Re增大；ρ为密度正相关，c为弦长正相关，μ为动力粘度负相关。3.【单选】某型固定翼无人机翼载荷从25kg/m²提高到35kg/m²，若升力系数不变，其失速速度变化约为：A.增加15% B.增加18% C.增加33% D.降低10%答案：B解析：失速速度vₛ∝√(翼载荷)，√(35/25)=1.183，即增加约18.3%。4.【判断】多旋翼无人机在电池电压降低至3.3V/芯时，继续飞行将触发电池管理系统的永久断电保护，此时电调立即停桨。答案：错误解析：3.3V/芯已低于安全阈值，但多数消费级BMS仅触发降落保护而非永久断电；永久断电电压通常设定在2.5–2.8V/芯，且电调停桨由飞控指令决定，非BMS直接控制。5.【填空】某六旋翼采用“Y6”布局，上下桨共轴反转，若单桨最大静拉力为3.2N，整机起飞重量应不超过______N（保留1位小数）。答案：17.3解析：Y6共6轴12桨，但上下桨气动干扰使总拉力约为单桨之和的0.9倍；最大总拉力=12×3.2×0.9=34.6N；按0.5拉力裕度，起飞重量≤34.6/2=17.3N。6.【简答】简述多旋翼无人机“地面效应”对悬停电流的影响，并给出定量估算方法。答案：当无人机离地高度<旋翼直径一半时，地面效应显著，诱导速度减小，需用功率下降。定量估算：功率修正系数σ=1–(1/(1+(8·h/R)^1.5))，其中h为离地高度，R为旋翼半径；悬停电流I≈I₀·σ，I₀为无地面效应电流。实验测得h/R=0.5时电流下降约15–20%。二、航空气象与空域法规7.【单选】在标准大气压下，气温每升高1℃，空气密度约减小：A.0.12% B.0.38% C.0.65% D.1.00%答案：B解析：由理想气体方程ρ=P/(R·T)，在常压下密度与绝对温度成反比，Δρ/ρ≈–ΔT/T；30℃时T≈303K，ΔT=1K，Δρ/ρ≈–1/303≈–0.33%，最接近0.38%。8.【单选】根据《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》，最大起飞重量≥______g的无人机，其所有者必须进行实名登记。A.250 B.1000 C.4000 D.15000答案：A解析：民航局2017年下发《实名登记规定》，阈值250g。9.【单选】在GB362202018《无人驾驶航空器系统术语》中，术语“BVLOS”对应的中文是：A.超视距飞行 B.视距内飞行 C.仪表飞行 D.自主飞行答案：A解析：BeyondVisualLineofSight，超视距飞行。10.【多选】下列哪些天气现象会导致无人机GPS水平定位误差明显增大？A.强降雨 B.沙尘暴 C.电离层暴 D.低云答案：A、B、C解析：强降雨与沙尘增加信号衰减与多径；电离层暴影响GNSS电离层延迟模型；低云对L1频段影响微弱。11.【简答】解释“冷锋过境”对固定翼无人机长航时任务的影响，并提出三条应对措施。答案：冷锋过境伴随风向突变、风速骤增、湍流增强、气压梯度大，可导致空速波动±5m/s以上，航向保持误差>10°，油耗增加>8%。措施：①提前下载高分辨率数值天气模式（NWP）数据，动态调整航路，避开锋面±30km；②启用空速与航向解耦的鲁棒控制律，增益调度随湍流强度自适应；③设置应急备降机场，燃油储备由45min增至75min。三、飞行性能与任务规划12.【单选】某电动固定翼无人机巡航升阻比为12，电池能量密度250Wh/kg，可用能量占总量80%，整机质量4kg，推进系统总效率65%，则理论最大航时约为：A.1.7h B.2.5h C.3.1h D.4.0h答案：C解析：可用能量E=4kg×250Wh/kg×0.8=800Wh；巡航功率P=mg·v/(L/D·η)，设巡航速度v=18m/s，P=4×9.81×18/(12×0.65)≈90W；航时t=800/90≈3.1h。13.【单选】使用“SRTM90m”高程数据做航迹规划时，若设定航高相对地面120m，则数据本身可能引入的最大绝对高程误差约为：A.±5m B.±10m C.±16m D.±30m答案：C解析：SRTM90m标称垂直精度±16m（90%置信区间）。14.【填空】采用“激光雷达+IMU”组合进行地形跟随，若激光雷达更新率100Hz，IMU更新率400Hz，则组合导航EKF预测步长为______ms。答案：2.5解析：EKF以最高频率做预测，IMU400Hz对应2.5ms。15.【简答】阐述“动态可达集（DAT）”在山区超视距航线规划中的作用，并给出二维DAT的数学描述。答案：DAT用于量化无人机在风扰与性能约束下未来一段时间可到达的区域，确保航迹在空管约束与地形避让内。二维DAT可表示为：DAT(t)={x∈ℝ²|∃u(τ),τ∈[t₀,t],使x(t)=x₀+∫v(τ)dτ,且‖u(τ)‖≤u_max,‖v(τ)–v_wind(τ)‖≤v_max}其中u为加速度控制量，v_max为最大空速，v_wind为风场。四、飞控系统与传感器16.【单选】Pixhawk4飞控中，IMU传感器采用ICM20602，其陀螺零偏不稳定性的典型值为：A.3°/h B.20°/h C.200°/h D.2000°/h答案：B解析：ICM20602为消费级MEMS，零偏不稳定性20°/h量级。17.【单选】关于扩展卡尔曼滤波（EKF）中的“状态向量”描述，正确的是：A.必须包含机体角速度 B.必须包含GPS天线位置 C.必须包含磁场强度 D.必须包含风速答案：A解析：EKF至少包含姿态、速度、位置、陀螺零偏；角速度是动力学预测核心，其余视传感器配置而定。18.【单选】某型无人机采用RTKGNSS，基站距离10km，电离层活跃Kp=7，此时垂直定位误差可能达到：A.2cm B.5cm C.10cm D.30cm答案：D解析：Kp=7时电离层梯度增大，RTK基线10km下残余电离层误差可达30cm。19.【多选】下列哪些故障会导致飞控进入“自稳（Stabilize）”模式后仍出现不可控翻滚？A.单轴陀螺饱和 B.电调信号线断路 C.电机相线缺相 D.GPS速度跳变答案：A、B、C解析：陀螺饱和导致角速度反馈错误；信号线断路使电调无PWM；缺相造成拉力不对称；GPS跳变在自稳模式不影响内环。20.【简答】说明“磁异常检测”算法在无人机应急返航中的应用流程，并给出基于三轴磁力计H₀假设的检测统计量。答案：流程：①采集三轴磁矢量B；②建立地磁参考模型IGRF，计算理论值B₀；③构造残差ε=B–B₀；④计算马氏距离D=εᵀ·S⁻¹·ε，S为协方差；⑤若D>χ²_0.99(3)，触发磁异常标志；⑥飞控切换至无磁模式，使用纯陀螺积分+GNSS航向返航。五、动力系统与能源管理21.【单选】某6S5000mAh45C锂电池在25℃环境下以100A放电，其电压跌落中由欧姆内阻引起的压降约为______mV（已知单芯内阻2mΩ）。A.120 B.240 C.480 D.720答案：D解析：6S总内阻R=6×2=12mΩ；压降U=I·R=100×0.012=1.2V=1200mV；但45C高倍率下极化内阻占比高，欧姆内阻约占60%，故0.6×1200=720mV。22.【单选】使用丙烷燃料电池（SOFC）作为无人机动力，其理论能量密度是锂电的约：A.2倍 B.5倍 C.10倍 D.20倍答案：C解析：丙烷质量能量密度46MJ/kg，锂电0.9MJ/kg，考虑燃料电池系统效率50%，仍约10倍。23.【填空】某无刷电机KV=580rpm/V，电池6S满电25.2V，配15×5螺旋桨，实测油门75%时转速8400rpm，则此时电机效率约为______%（保留整数）。答案：86解析：理论空载转速=580×25.2=14616rpm；实际8400rpm；滑差率S=(14616–8400)/14616≈0.42；电机效率η≈1–S≈0.86。24.【简答】阐述“电池老化容量衰减”模型中的“平方根时间律”，并给出数学表达式。答案：锂离子电池的容量衰减Q_loss与循环次数或时间呈√t关系，源于SEI膜生长动力学。表达式：Q_loss(%)=B·√t其中B为温度与倍率相关的系数，B=α·exp(–E_a/(kT))，E_a≈0.15eV；t为等效全循环时间。25.【计算】一架纯电固定翼设计航时8h，航速20m/s，已知整机升阻比15，推进效率70%，电池组质量比35%，求所需电池能量密度（Wh/kg）。答案：需用功率P=mg·v/(L/D·η)；设起飞质量m，电池质量0.35m；能量E=0.35m·e；航时t=E/P=8h=28800s；代入：0.35m·e=m·9.81·20/(15·0.7)·28800解得e≈235Wh/kg。六、链路、通信与电磁兼容26.【单选】在2.4GHz频段，采用OFDM20MHz带宽，64QAM5/6编码，理论空口速率为：A.24Mbps B.48Mbps C.65Mbps D.150Mbps答案：C解析：802.11n1×1MIMO，64QAM5/6对应子载波数据速率65Mbps。27.【单选】图传发射功率20dBm，天线增益2dBi，频率5.8GHz，自由空间路径损耗公式L=32.4+20logd+20logf，当距离1km时损耗约：A.100dB B.108dB C.118dB D.128dB答案：B解析：L=32.4+20log1000+20log5800≈32.4+60+75.3=107.7dB。28.【多选】下列哪些措施可有效降低无人机图传与遥控同频干扰？A.跳频扩频（FHSS） B.时分双工（TDD） C.增加扩频因子（SF） D.提高天线方向性答案：A、B、C、D解析：四项均可提升信干比。29.【简答】解释“电磁脉冲（EMP）”对无人机飞控的危害机制，并给出硬件级防护的三级方案。答案：危害：EMP通过前门（天线）或后门（线缆）耦合，在GPIO/电源口产生>100V瞬态，击穿CMOS。方案：①级：天线口气体放电管+TVS二极管，响应<1ns；②级：电源入口π型滤波+大功率TVS，承受500A8/20µs；③级：MCU供电端微封装TVS阵列，钳位电压5V以下，配合屏蔽壳体形成法拉第笼。30.【计算】某链路预算要求接收灵敏度–95dBm，余量10dB，频率2.4GHz，带宽2MHz，噪声系数NF=5dB，求所需最小发射功率（dBm），假设全向天线0dBi，距离2km。答案：热噪声N=–174+10log2×10^6≈–111dBm；基底噪声F=N+NF=–106dBm；最小接收功率P_r=F+SNR=–106+10=–96dBm；路径损耗L=32.4+20log2000+20log2400≈32.4+66+67.6=166dB；发射功率P_t=P_r+L–G_t–G_r=–96+166–0–0=70dBm；考虑余量10dB，P_t=80dBm（注：实际工程需采用高增益天线或中继，80dBm为非现实值，仅理论计算）。七、任务载荷与数据后处理31.【单选】某倾斜摄影五镜头相机，单像元尺寸4µm，焦距35mm，飞行真高300m，则其地面采样距离（GSD）约为：A.2cm B.3.4cm C.5cm D.8cm答案：B解析：GSD=像元尺寸×H/f=4×10⁻⁶×300/0.035≈0.034m。32.【单选】激光雷达测距精度σ_r与接收光子数N的关系可近似为：A.σ_r∝1/N B.σ_r∝1/√N C.σ_r∝√N D.σ_r∝N²答案：B解析：光子噪声服从泊松分布，距离精度与√N成反比。33.【多选】下列哪些因素会导致多光谱相机NDVI指数系统偏差？A.波段配准误差 B.太阳高度角变化 C.镜头渐晕 D.白板定标过期答案：A、C、D解析：波段配准与渐晕改变反射率比例；白板过期使反射基准漂移；太阳高度角变化可通过大气校正消除，非系统偏差。34.【简答】描述“SfM（运动恢复结构）”算法中“BundleAdjustment”的核心目标函数，并给出稀疏BA的雅可比矩阵维度。答案：目标函数：minΣ‖x_ij–P(X_j,C_i)‖²，其中x_ij为第i张像片第j个特征点像素坐标，X_j为三维点，C_i为相机参数。稀疏BA雅可比矩阵维度：m×n，m=2×观测数，n=9×相机数+3×点数。35.【计算】某载重20kg的无人直升机执行吊挂灭火弹任务，灭火弹质量8kg，缆绳长5m，飞行速度10m/s进入急停，要求摆角<5°，求最小减速度及所需缆绳张力。答案：摆角θ≈arctan(a/g)<5°→a<g·tan5°≈0.855m/s²；最小减速度a=0.855m/s²；张力T=m√(a²+g²)=8×√(0.855²+9.81²)≈8×9.85≈78.8N。八、维护、故障诊断与适航36.【单