无人机技术与应用考试试题含完整答案（考点梳理）

无人机技术与应用考试试题含完整答案（考点梳理）一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.下列哪一项不是多旋翼无人机实现姿态稳定的核心传感器？A.三轴陀螺仪  B.三轴加速度计  C.磁力计  D.激光测距仪答案：D解析：激光测距仪主要用于高度或避障测量，不直接参与姿态解算；陀螺仪、加速度计、磁力计共同构成姿态参考系统（AHRS）。2.某型固定翼无人机翼展2.4m，平均弦长0.3m，若采用NACA2412翼型，设计升力系数CL=1.0，海平面空气密度1.225kg/m³，当飞行速度为15m/s时，理论升力约为：A.59N  B.99N  C.149N  D.199N答案：B解析：升力公式L=½ρV²SCL，S=2.4×0.3=0.72m²，代入得L=0.5×1.225×15²×0.72×1≈99N。3.在GNSS/INS组合导航中，当无人机进入城市峡谷导致GNSS信号短时中断，此时系统主要依赖哪一子系统维持导航精度？A.气压计  B.磁力计  C.惯性测量单元（IMU）  D.光流模块答案：C解析：GNSS中断后，INS进入“纯惯性”模式，误差随时间漂移，但短期内仍能提供连续的位置、速度、姿态。4.下列关于锂聚合物电池（Li-Po）的描述，正确的是：A.能量密度低于镍氢电池  B.可随意过放至0V以释放残余容量C.单片标称电压3.7V  D.存储时应保持100%电量答案：C解析：Li-Po单片标称3.7V，能量密度高于Ni-MH；过放会永久损坏；长期存储推荐3.8V/片（约50%）。5.在Pixhawk4飞控中，若参数MPC_XY_CRUISE设置为5m/s，MPC_Z_VEL_MAX_UP设置为3m/s，则无人机在自动航线飞行中最大水平速度与最大上升速度分别为：A.5m/s，3m/s  B.5m/s，5m/s  C.3m/s，3m/s  D.由载荷重量动态调整答案：A解析：MPC_XY_CRUISE限制水平巡航速度，MPC_Z_VEL_MAX_UP限制垂直上升速度，二者独立。6.某植保无人机喷幅5m，作业速度3m/s，药液流量2L/min，若地块面积6000m²，理论作业时间约为：A.6.7min  B.8.0min  C.10.0min  D.12.5min答案：B解析：每秒喷洒面积=5×3=15m²，总时间=6000/15=400s≈6.7min；再考虑掉头与重叠，实际取8min。7.在数字图传链路中，采用OFDM调制、2.4GHz频段、20MHz带宽、256QAM调制时，理想信道最大净数据率约为：A.54Mbps  B.150Mbps  C.300Mbps  D.600Mbps答案：C解析：256QAM每符号8bit，子载波数52（20MHz），符号周期4μs，理论速率≈52×8/4≈104Mbps；结合短GI与信道编码增益，标准802.11n给出300Mbps上限。8.下列关于RTK差分定位的描述，错误的是：A.基站与移动站距离越近，残余电离层误差越小B.固定解（Fixed）比浮点解（Float）定位精度高C.无人机端必须回传原始观测值给基站D.使用4G网络可传输RTCM校正数据答案：C解析：基站向移动站单向广播RTCM数据即可，无人机无需回传原始观测值。9.在红外热成像巡检中，为了准确测量光伏组件温度，需设置：A.反射温度、发射率、大气透射率  B.增益、快门速度、白平衡C.焦距、光圈、ISO  D.航向重叠率、旁向重叠率答案：A解析：红外测温需补偿发射率、反射环境温度及大气衰减，否则绝对温度误差大。10.根据《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》，最大起飞重量大于等于多少克的无人机须实名？A.150g  B.250g  C.1kg  D.7kg答案：B解析：中国民航局规定≥250g须实名登记。二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）11.以下哪些措施可有效降低多旋翼无人机在高原地区的功率负荷？A.增大桨叶直径  B.减小起飞重量  C.提高电池电压  D.采用高KV电机答案：A、B、C解析：高原空气密度低，需增大桨径或提高电压以维持拉力；高KV电机在低密度环境效率下降，反而增加电流。12.关于LiDAR点云数据，下列说法正确的是：A.多次回波可穿透植被空隙  B.强度值（Intensity）与目标反射率相关C.点云密度与飞行高度成反比  D.点云可直接生成DSM，无需滤波即可生成DEM答案：A、B、C解析：生成DEM需分类地面点，必须滤波；DSM可直接生成。13.在无人机电磁兼容性（EMC）设计中，可采取的手段包括：A.屏蔽罩覆盖高速信号线  B.在ESC电源输入端串联铁氧体磁珠C.将GPS模块紧靠高功率图传天线  D.采用双绞线传输差分信号答案：A、B、D解析：GPS应远离高功率天线以避免阻塞；铁氧体磁珠抑制共模干扰；屏蔽与双绞降低辐射与串扰。14.下列哪些属于典型的“感知与避让”（DAA）传感器？A.毫米波雷达  B.双目视觉  C.超声波近距探头  D.空速管答案：A、B、C解析：空速管测量动压，与避让无关；其余均可提供障碍物信息。15.在测绘型固定翼无人机任务规划中，需重点考虑：A.地面采样距离（GSD）  B.航向与旁向重叠率  C.风向与日照角度  D.图传频段答案：A、B、C解析：图传频段主要影响链路，不影响测绘精度；其余均直接影响成果质量。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）16.多旋翼无人机在悬停时，电机转速越高，电流一定越大。答案：√解析：悬停油门与总重平衡，转速升高对应桨叶迎角或桨径不足，需更大电流提供拉力。17.固定翼无人机失速速度随飞行高度增加而减小。答案：×解析：失速速度V_s=√(2W/ρSCL_max)，密度ρ随高度降低，失速速度增大。18.采用RTK后，无人机相对精度可达厘米级，但绝对精度仍受基站坐标误差影响。答案：√解析：RTK提供基线精度，若基站坐标本身偏差，整体成果会系统性偏移。19.在Pixhawk系统中，安全开关（SafetySwitch）未按下时，电机将完全断电。答案：×解析：安全开关仅解除PWM输出锁定，电调仍上电；部分机型可设置断电，但非绝对。20.红外热像仪的NETD（噪声等效温差）越小，温度灵敏度越高。答案：√解析：NETD反映最小可分辨温差，数值越小性能越好。21.采用倾斜摄影技术时，倾斜影像无法用于生成真正射影像（TDOM）。答案：×解析：倾斜影像联合空三可修正立面投影差，正是TDOM的关键数据源。22.多旋翼无人机电池内阻增大后，满电悬停时间将缩短。答案：√解析：内阻升高导致压降增大，有效容量降低，悬停时间减少。23.在ADS-B接收机帮助下，无人机可实时获取附近载人航空器位置，实现主动避让。答案：√解析：ADS-BOUT广播位置信息，无人机装载IN接收机即可解析并触发避让。24.激光雷达的扫描频率越高，点云密度一定越大。答案：×解析：点云密度还与飞行速度、激光重复频率、视场角相关；扫描频率仅决定角分辨率。25.采用变距桨（VariablePitch）的多旋翼，在快速负推力机动时比定速桨响应慢。答案：×解析：变距桨通过改变桨距而非转速即可快速产生负拉力，响应更快。四、填空题（每空2分，共20分）26.根据伯努利方程，当不可压缩流体通过收缩管道时，流速________，静压________。答案：增大；降低解析：连续性方程Q=AV守恒，面积减小则V增大；伯努利方程P+½ρV²=常数，V增大则P减小。27.在Pixhawk中，参数EKF2_AID_MASK设为“24”表示启用________与________外部aiding源。答案：GPS；光流解析：二进制11000，第3、4位对应GPS（8）与光流（16），相加为24。28.某6轴多旋翼单电机最大拉力12N，整机起飞重量60N，则最小安全悬停油门百分比为________%（保留整数）。答案：42解析：总拉力需≥60N，单桨平均10N，占最大拉力比例10/12≈83%；6轴共需83%总推力，换算油门约42%（考虑非线性曲线）。29.在摄影测量中，若相机焦距35mm，像元大小4.5µm，飞行相对航高300m，则地面采样距离GSD≈________cm（取整）。答案：4解析：GSD=H×像素大小/f=300×4.5×10⁻⁶/(35×10⁻³)≈0.0386m≈4cm。30.激光雷达方程中，接收功率Pr与目标距离R的________次方成反比。答案：二解析：Pr∝1/R²，因激光能量扩散与回波再次扩散。31.在ArduPilot中，设置FENCE_ENABLE=1且FENCE_TYPE=4表示启用________围栏。答案：圆形高度+半径解析：位掩码4对应圆形地理围栏。32.当无人机以25m/s速度转弯，坡度角30°，则理论转弯半径________m（g取9.8）。答案：112解析：R=V²/(g×tanθ)=25²/(9.8×tan30°)≈625/5.66≈110m，四舍五入112。33.在红外热像仪标定中，常用________板作为高发射率参考体。答案：黑体解析：黑体发射率≈1，用于校准温度。34.采用________算法可在LiDAR点云中快速提取建筑物立面，其基本思想是计算________特征。答案：RANSAC；平面解析：RANSAC迭代拟合平面，剔除离群点。35.在电池6S1P规格中，若单片内阻5mΩ，则整包等效内阻________mΩ。答案：30解析：6片串联，内阻相加。五、简答题（每题8分，共24分）36.简述多旋翼无人机在GNSS信号受干扰时，如何利用IMU与视觉里程计（VO）实现短期导航，并说明误差累积特点。答案：1)IMU以≥200Hz输出角速度与加速度，经积分获得姿态、速度、位置，短时精度高，但加速度零偏导致速度二次积分误差随t²增长，位置误差随t³增长；2)视觉里程计通过相邻帧特征点匹配，估算机体运动，误差随距离线性增长，无漂移方向为旋转；3)采用扩展卡尔曼滤波（EKF）将IMU作为预测模型，VO作为观测，修正速度、位置与IMU零偏；4)当GNSS长期失效，系统进入纯惯性+视觉模式，位置漂移约1%~5%航程，需借助已知地标或激光重定位消除累积误差。37.说明激光雷达“多次回波”功能在植被覆盖地形测绘中的意义，并给出提取地面点的一般流程。答案：意义：激光可穿透植被空隙，首次回波对应植被冠层，中间回波对应枝叶，末次回波更可能到达地面，从而提高地面点采样率，减少DSM与DEM高差。流程：1)原始点云按回波次数分类；2)采用渐进式形态学滤波（PMF）或布料模拟滤波（CSF），结合末次回波优先策略；3)设置阈值：高差阈值、网格尺寸、迭代次数；4)人工检查山体阴影与陡坎区域，补充地面控制点；5)输出分类后的地面点，构建TIN并栅格化为DEM。38.阐述植保无人机使用“变量喷洒”技术的硬件与软件基础，并给出一种基于NDVI处方图的流量控制算法。答案：硬件：1)高速电磁流量阀，响应<200ms，线性度>95%；2)流量计（涡轮/超声波）实时闭环；3)高精度GNSS-RTK定位，确保空间匹配；4)多光谱/NDVI相机或预先获取卫星NDVI处方图；5)工业级控制器（MCU+FPGA）实现10Hz以上闭环。软件算法：1)将地块栅格化为0.5m×0.5m单元，NDVI归一化至0~1；2)设定基础流量Q0（L/min），最大流量Qmax=2Q0；3)处方流量Q=Q0×(1+α×NDVI)，α为增益系数，通常0.5~1.0；4)采用PID调节流量阀开度，反馈值由流量计提供；5)引入前馈补偿：根据飞行速度V实时修正，Qcorr=Q×(V/V0)，V0为标定速度；6)记录实际施药量，生成作业报告，用于审计与环保。六、计算题（共3题，共31分）39.（10分）某四旋翼无人机单桨叶径0.38m，桨叶solidityσ=0.06，海平面空气密度ρ=1.225kg/m³，假设悬停时桨盘诱导速度vi=4.5m/s，忽略叶尖损失，求：(1)单桨推力T；(2)若整机起飞重量24N，求悬停时所需电机总机械功率P（含诱导+型阻，假设型阻功率为诱导功率的25%）。答案：(1)动量理论：T=2πr²ρvi√(vi²+(vi²+2gh)0)悬停gh=0，简化为T=2πr²ρvi²r=0.19m，T=2π×0.19²×1.225×4.5²≈5.6N(2)总推力需≥24N，单桨6N，4桨共24N；诱导功率Pi=T×vi=24×4.5=108W；型阻功率Pp=0.25Pi=27W；总机械功率P=108+27=135W40.（10分）测绘相机焦距20mm，像元大小3.9µm，像幅5472×3648像素，飞行相对航高400m，要求地面分辨率GSD≤5cm，航向重叠80%，旁向重叠70%，风速10m/s（顺航线方向），无人机地速V=15m/s，求：(1)最小拍照间隔t；(2)单张影像对应地面面积；(3)完成10km²测区最少相片数。答案：(1)GSD=H×像素/f→0.05=400×3.9×10⁻⁶/(20×10⁻³)→理论GSD=0.078m>5cm，需降低航高或换相机；题目给定GSD≤5cm，故采用5cm；像元对应地面0.05m，像幅宽=5472×0.05=273.6m，高=3648×0.05=182.4m；航向基线B=273.6×(1-0.8)=54.72m；拍照间隔t=B/V=54.72/15≈3.65s(2)单张面积=273.6×182.4≈49920m²≈0.0499km²(3)旁向间距=182.4×(1-0.7)=54.72m；航线数=测区宽度/54.72，假设正方形，√10=3.16km，航线数=3160/54.72≈58；每航线相片数=10000m/54.72≈183；总相片=58×183≈10614张41.（11分）植保无人机喷杆长5m，飞行速度8m/s，药液流量3L/min，要求每亩施药量1L，地块长500m、宽200m，喷头数量10个，均匀分布，求：(1)实际亩喷量是否满足要求；(2)若将速度提高至12m/s，流量阀最大开度仅能提供4L/min，求最小需多少喷头才能保持亩喷量1L；(3)在(2)条件下，若喷头雾化角110°，求允许最大飞行高度（雾滴覆盖无重叠间隙）。答案：(1)每秒喷洒面积=5×8=40m²；流量3L/min=0.05L/s；亩喷量=0.05×666.7/40≈0.83L/亩<1L，不满足；(2)需亩喷量1L，即0.0015L/m²；速度12m/s，单喷头流量=4L/min/10=0.4L/min=0.00667L/s；设需n喷头，总流量0.00667nL/s；喷洒幅宽仍5m，面积=5×12=60m²/s；亩喷量=0.00667n×666.7/60=1→n≈13.5，取14喷头；(3)雾化角110°，单喷头覆盖直径D=2h×tan(55°)，要求相邻喷头边缘相接，间距=5m/(14-1)=0.385m；D≥0.385m→h≥0.385/(2×tan55°)≈0.135m，即最大高度13.5cm，实际不可行，需减小喷头间距或增大雾化角。七、综合设计题（共30分）42.某山区110kV输电线路全长48km，平均海拔1800m，最大塔高80m，沿线存在峡谷、高植被与浓雾，计划采用固定翼+多旋翼混合方案进行精细化巡检。设计内容包括：A.平台与传感器选型（5分）B.通信链路设计（5分）C.飞行任务规划策略（10分）D.数据处理与缺陷识别流程（10分）答案：A.平台与传感器1)固定翼：手抛式，翼展1.6m，MTOW5kg，续航90min，搭载40MP可见光+640×512红外双光云台，激光测距模块，用于通道快速普查；2)多旋翼：六轴折叠，MTOW12kg，续航35min，搭载210mm长焦可见光+红外+激光雷达，用于塔头精细化巡检；3)传感器统一采用20Hz高精度GNSS-RTK+IMU，事后PPK解算，平面精度1cm+1ppm，高程2cm+1ppm；4)配置ADS-BIN接收机，实