无人机技术与应用考试试题附答案（达标题）

无人机技术与应用考试试题附答案（达标题）一、单项选择题（每题2分，共30分）1.在固定翼无人机纵向静稳定性分析中，若重心位于中性点之前，则无人机表现为A.静不稳定B.静稳定C.中立稳定D.动不稳定答案：B解析：重心位于中性点之前时，迎角增大产生的附加俯仰力矩使机头下压，形成恢复力矩，符合静稳定定义。2.某多旋翼无人机悬停时单电机失效，飞控立即关闭对角电机并提高剩余电机转速，该策略称为A.力矩补偿B.推力重构C.转速饱和D.动态配平答案：B解析：推力重构指通过实时重新分配剩余电机推力，保持总拉力与力矩平衡，实现容错悬停。3.下列关于LiDAR与摄影测量融合建图的说法，正确的是A.LiDAR点云可直接为影像提供真实色彩B.影像可为LiDAR点云提供强度校正C.联合平差需统一时间基准与坐标系D.融合后无需进行光束法平差答案：C解析：联合平差必须将两种传感器的外方位元素、时间戳、坐标系统一，否则无法建立严格的共线方程。4.在RTK差分定位中，若基准站与移动站距离超过30km，主要误差源变为A.多路径效应B.星历误差C.电离层延迟空间去相关D.接收机钟差答案：C解析：长基线下，电离层延迟的空间相关性急剧下降，导致差分残差增大，定位精度衰减。5.某型垂直起降固定翼无人机采用倾转旋翼设计，在倾转过渡段最易出现的非线性耦合是A.俯仰-偏航耦合B.滚转-俯仰耦合C.推力-阻力耦合D.惯量-阻尼耦合答案：A解析：倾转过程中旋翼拉力矢量方向持续变化，产生附加偏航力矩，与俯仰通道形成强耦合。6.下列关于无人机电池能量密度与功率密度的关系，正确的是A.能量密度高则功率密度必然高B.功率密度与放电倍率无关C.高功率密度电池通常循环寿命更长D.同一体系下二者常呈负相关答案：D解析：高能量密度电极材料（如高硅负极）往往伴随电子/离子传输阻抗增大，导致功率密度下降。7.在基于视觉的自主着陆中，若跑道纹理弱光照变化剧烈，首选的鲁棒特征提取算法为A.SIFTB.FASTC.ORBD.LSD答案：A解析：SIFT具备光照、尺度、旋转不变性，纹理缺失场景下误匹配率最低。8.某型植保无人机喷幅宽度6m，作业高度3m，喷嘴流量1.2L/min，飞行速度8m/s，则每公顷理论喷量为A.12LB.15LC.18LD.24L答案：B解析：喷幅6m，速度8m/s，单位时间覆盖面积48m²/s；1ha=10000m²，需时208.33s；流量1.2L/min×208.33s/60=4.166L，每公顷4.166×10000/2500=15L。9.在无人机通信链路中，采用OFDM技术的主要目的是A.提高发射功率B.降低多径衰落C.减小天线尺寸D.增加跳频速率答案：B解析：OFDM将宽带信道分割为窄带子载波，每子载波呈现平坦衰落，有效对抗频率选择性衰落。10.根据DO-178C标准，无人机飞控软件中LevelA功能对应的失效条件是A.对飞行安全无影响B.导致轻微不适C.导致重大伤害或死亡D.导致任务中断答案：C解析：LevelA定义为“可能导致灾难性失效的状态”，即重大伤亡。11.在基于模型预测控制（MPC）的航迹跟踪中，若预测时域过短，最可能导致的后果是A.计算量爆炸B.系统保守C.提前收敛D.跟踪滞后答案：D解析：预测时域短无法预见未来误差，导致优化器缺乏“前瞻”，出现滞后。12.某型四旋翼无人机桨叶直径15inch，桨根处翼型为CLARK-Y，若需提高悬停效率，应优先优化A.桨尖弦长B.桨根安装角C.桨叶扭转分布D.桨毂重量答案：C解析：合理扭转分布可使沿桨叶迎角接近理想值，降低诱导损失，效率提升最明显。13.在无人机集群协同搜索任务中，采用“共识主动”算法（Consensus-BasedBundleAlgorithm,CBBA）的核心优势是A.完全去中心化B.无需通信C.多项式时间收敛D.支持异构约束答案：D解析：CBBA引入本地评分函数与约束检查，可处理不同无人机能力、载荷、航时差异。14.某型热红外载荷NETD=50mK，帧频60Hz，若用于光伏板热斑检测，可识别的最小温差约为A.0.05℃B.0.1℃C.0.2℃D.0.5℃答案：B解析：工程上取3倍NETD作为可识别阈值，3×50mK=0.15℃，最接近0.1℃。15.在无人机电磁兼容性测试中，依据GJB151B，CE101项目考核的频段为A.10kHz-10MHzB.10MHz-1GHzC.1-18GHzD.18-40GHz答案：A解析：CE101考核电源线传导发射，频段10kHz-10MHz，主要针对低频谐波。二、多项选择题（每题3分，共30分，多选少选均不得分）16.下列哪些措施可有效抑制多旋翼无人机高频振动对IMU的干扰A.采用硬铝一体成型机臂B.在IMU与机体间加入硅胶减振垫C.提高陀螺仪采样频率并做低通滤波D.将IMU布置在电机正下方E.采用扩展卡尔曼滤波估计并补偿答案：BCE解析：减振垫隔离高频振动；高采样+低通滤掉高频噪声；EKF可估计偏差并补偿。硬铝一体成型反而传导振动；IMU置电机下方振动更大。17.关于无人机LiDAR点云分类，以下说法正确的是A.基于扫描线的2.5D方法对断裂线敏感B.多回波信息可用于区分植被与建筑C.深度学习PointNet++可直接处理无序点云D.强度值与目标反射率、入射角、波长均相关E.分类后再进行航带平差可消除系统误差答案：BCD解析：多回波利用首次/末次返回差异区分植被；PointNet++直接输入xyz；强度受反射率、入射角、波长影响。2.5D方法对断裂线不敏感；分类后平差顺序反了，应先平差。18.在固定翼无人机弹射起飞阶段，可能发生的动力学风险包括A.升降舵效率不足导致低头B.弹射架摩擦力不对称诱发滚转C.速度过低造成垂尾失速D.发动机推力线偏移引起偏航E.弹射过载触发IMU饱和答案：ABDE解析：弹射速度低，舵面效率差；摩擦力不对称产生滚转力矩；推力线偏移诱发偏航；大过载使IMU量程饱和。垂尾失速需大侧滑角，弹射阶段一般无此条件。19.下列关于氢燃料电池无人机的描述，正确的有A.燃料电池比能量高于锂电B.低温环境下输出功率显著下降C.需配套高压储氢瓶导致体积能量密度低D.尾气排放仅为水蒸气E.动态响应优于锂电池答案：ABCD解析：燃料电池比能量可达500-800Wh/kg；低温质子交换膜活性下降；高压储氢体积能量密度约1/3锂电；排放纯水。动态响应慢于锂电，需混合储能。20.在无人机5G专网通信中，采用URLLC场景的关键技术包括A.自包含时隙B.大规模MIMOC.灵活子载波间隔D.256QAM高阶调制E.grant-free上行答案：ABCE解析：URLLC需低时隙、自包含反馈、大MIMO增益、灵活子载波间隔缩短符号时长、免授权上行降低时延。256QAM提高速率但降低可靠性，非URLLC核心。21.某型无人机采用RTK+IMU+视觉的松组合导航，若RTK突然失锁，系统可能出现的异常现象有A.位置误差随时间线性增长B.视觉尺度漂移导致高度跳变C.IMU零偏估计方差增大D.姿态误差立即跳变5°E.速度观测更新停止答案：ABC解析：RTK失锁后位置误差由IMU积分漂移，呈线性增长；视觉尺度需RTK绝对基准，失锁后尺度漂移；RTK观测缺失使零偏可观性下降，方差增大。姿态由IMU高频维持，不会立即跳变；速度可由视觉光流更新，未完全停止。22.在无人机红外热成像检测中，影响测量精度的环境因素有A.大气衰减B.太阳辐照度C.目标表面发射率D.背景温度E.风速答案：ABCD解析：大气衰减降低信噪比；太阳辐照产生反射误差；发射率未知导致温度反演偏差；背景温度影响辐射平衡。风速影响目标对流散热，但对测量精度为间接影响，非直接误差源。23.下列关于无人机集群自组网（FANET）路由协议的说法，正确的有A.AODV协议开销随节点密度指数增长B.OLSR协议采用MPR机制减少广播风暴C.GPSR协议利用位置信息贪婪转发D.高机动场景下，OLSR比AODV更易断链E.跨层设计可同时优化路由与功率控制答案：BCE解析：OLSR通过MPR减少广播；GPSR基于位置贪婪转发；跨层联合优化路由与功率。AODV开销随密度线性增长；高机动下OLSR拓扑更新快，反而比AODV稳定。24.在无人机电力巡检中，采用激光雷达测量导线弧垂，需改正的系统性误差包括A.温度膨胀B.风偏C.航带拼接误差D.激光入射角E.多路径效应答案：ACD解析：温度膨胀改变档距；航带拼接误差使点云错位；入射角影响测距精度。风偏为瞬时外力，非系统误差；多路径在空旷线路可忽略。25.某型复合翼无人机在垂直转平飞阶段，为抑制非最小相位现象，可采取A.前馈补偿B.倾转角速率限幅C.提高俯仰角速度环带宽D.采用增量式非线性动态逆E.加大垂尾面积答案：ABD解析：前馈补偿可抵消负调；限幅降低能量注入；增量NDI处理非线性耦合。提高带宽可能放大负调；垂尾对纵向非最小相位无直接影响。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）26.多旋翼无人机悬停时，桨叶雷诺数沿展向分布呈先增后减趋势。答案：×解析：悬停时切向速度从桨根到桨尖线性增加，雷诺数单调上升。27.在基于视觉SLAM的闭环检测中，DBoW2词袋模型对光照变化具有完全不变性。答案：×解析：DBoW2依赖BRIEF描述子，光照剧烈变化仍可能误匹配。28.固定翼无人机采用翼梢小翼可同时降低诱导阻力和激波阻力。答案：×解析：翼梢小翼降低诱导阻力，对激波阻力无直接作用。29.根据伯努利方程，在不可压缩流中，固定翼无人机机翼上表面流速增加导致压力降低。答案：√30.无人机氢燃料电池系统冷启动时，需先对电堆进行预热以防止膜干。答案：√31.在GNSS/INS组合导航中，系统可观测性矩阵秩亏将导致卡尔曼滤波发散。答案：√32.采用数字波束赋形的相控阵天线可在不增加发射功率前提下提高链路裕量。答案：√33.多旋翼无人机电池内阻随循环次数增加而减小。答案：×解析：内阻随老化单调上升。34.热红外成像仪的NETD与探测器像元面积成正比。答案：×解析：NETD与像元面积平方根成反比。35.在无人机集群协同任务分配中，采用拍卖算法必然得到全局最优解。答案：×解析：拍卖算法为局部最优，全局最优需集中式穷举。四、简答题（每题8分，共40分）36.阐述固定翼无人机“海豚跳”现象的产生机理，并给出抑制措施。答案：机理：当无人机纵向静稳定度不足或重心过于靠后，受到阵风扰动抬头，飞行员拉杆过量，飞机爬升减速；速度降至临界迎角附近，升力骤降，机头下沉；飞行员推杆，飞机俯冲加速，速度升高后升力增加，再次爬升，形成周期振荡。抑制措施：1)将重心前移10%MAC，增加静稳定裕度；2)采用“C*”律飞控，在速度低于1.1Vs时自动限制俯仰角速率；3)引入迎角保护，当α>αwarning时，升降舵权限按1-cos曲线衰减；4)训练飞行员使用“慢-慢”操纵，避免大行程输入；5)在翼身连接处加装涡流发生器，提高失速迎角2-3°，延缓升力骤降。37.说明多旋翼无人机在GNSS拒止环境下，仅依靠IMU与单目视觉实现悬停定位的技术流程，并给出误差漂移量级估算。答案：流程：1)视觉前端：采用KLT光流跟踪Shi-Tomasi角点，计算两帧间基础矩阵F，RANSAC剔除误匹配；2)IMU预积分：在关键帧间隔Δt内，对陀螺仪角速度积分得旋转增量，对加速度二次积分得速度、位置增量，并计算协方差；3)紧耦合优化：构建视觉-惯性图优化，顶点为关键帧位姿、速度、IMU零偏，边为预积分项与重投影误差，采用Ceres求解；4)尺度恢复：利用IMU重力方向观测，在线估计视觉尺度s，使重力模值≈9.8m/s²；5)零速修正：检测悬停零速区间（速度<0.1m/s，角速度<5°/s），触发EKF零速更新，抑制漂移。误差估算：IMU零偏10°/h，视觉尺度漂移0.2%/min，零速更新间隔10s，位置漂移约0.3m/min；若加入地面纹理丰富度>50%，漂移可降至0.1m/min。38.描述无人机激光雷达点云“航带平差”数学模型，并给出最小二乘求解步骤。答案：模型：将相邻航带间误差视为七参数相似变换（3平移+3旋转+1尺度），对同名特征点建立误差方程：V=R·s·P₁+TP₂其中P₁、P₂为同名点坐标，R为旋转矩阵，s为尺度，T为平移。步骤：1)提取航带重叠区建筑物立面边缘、电线杆等刚性特征，构建KD-Tree最近邻匹配；2)对每一对匹配点，线性化误差方程，得Jacobian矩阵J；3)构建法方程(JᵀWJ)Δx=JᵀWV，W为点云强度权重；4)采用LM算法迭代求解，阻尼因子初值1e-3，收敛阈值1e-4m；5)将求得的七参数应用于整条航带，更新点云坐标；6)计算中误差σ=√(VᵀWV/n-7)，若σ>2cm，返回步骤1)重新选点。最终使相邻航带平面中误差<1cm，高程中误差<0.5cm。39.分析植保无人机采用离心雾化盘与压力喷头在粒径谱、沉积分布、漂移潜力三方面的差异，并给出适用场景建议。答案：粒径谱：离心盘通过转盘转速（8000-12000r/min）控制Dv0.5，范围50-250μm，谱宽较窄（Span=(Dv0.9-Dv0.1)/Dv0.5≈0.8）；压力喷头受液滴破碎机理影响，Dv0.5=150-400μm，谱宽>1.2。沉积分布：离心盘在转盘切向速度线性分布，形成空心锥，沉积峰值在距喷头1.5m处，横向CV<15%；压力喷头为实心锥，沉积峰值在0.8m，横向CV>25%。漂移潜力：按AGDISP模型，离心盘产生100μm液滴在3m/s侧风下漂移距离8m；压力喷头250μm液滴漂移3m。建议：离心盘适用于水稻、玉米等高秆作物，要求穿透性弱、漂移可控；压力喷头适用于小麦、草坪等矮密作物，需大流量、强穿透场景。40.论述无人机集群“蜂群”对抗中，采用“分布式博弈”策略相比“集中式指派”在通信鲁棒性、计算复杂度、实时性三方面的优劣，并给出数学复杂度对比。答案：通信鲁棒性：分布式博弈仅需局部邻居信息（通信半径R=300m），节点度d≤6，链路中断概率Pdrop=1-(1-p)^d，其中p=0.05，则Pdrop≈0.26；集中式指派依赖中心节点，单点失效概率0.1，系统失效概率1。计算复杂度：分布式博弈每步迭代O(n·m²)，n为无人机数，m为邻居数；集中式指派需解决整数线性规划，复杂度O(n³·⁵·L)，L为约束数，n=50时，分布式0.3ms，集中式120ms。实时性：分布式算法收敛时间T=k·ln(1/ε)，ε=0.01，k=5，T≈23ms；集中式求解器需完整网络信息，延迟>100ms。结论：分布式博弈在通信鲁棒、实时性占优，但收敛解为纳什均衡，次优度约8%；集中式可获全局最优，但脆弱且慢。战场对抗场景优先分布式博弈。五、综合设计题（共50分）41.某电力公司需对一条500kV输电线路进行全天候巡检，线路全长120km，横跨山区、农田、河流，最大海拔差800m，要求：1)发现销钉级缺陷（≥5mm）；2)定位精度≤0.3m；3)单日完成；4)无人机系统需具备防雨、抗风20m/s、防电磁干扰能力。请给出完整技术方案，包括：a)平台选型与改装要点；（10分）b)传感器配置与指标；（10分）c)航迹规划与空域申请策略；（10分）d)通信链路及冗余设计；（10分）e)数据处理与缺陷识别流程；（10分）答案：a)平台选型：采用复合翼无人机，最大起飞重量35kg，翼展3.6m，巡航速度25m/s，航时3h，动力为油电混合（2kW汽油发电机+6S10Ah锂电）。改装：整机IP54防护，关键接缝涂覆三防漆；机头加装Ku波段雷达罩，透波率>95%；起落架换装碳纤高阻尼摇臂，适应山区粗糙跑道；燃油箱改用柔性聚氨酯抗坠毁油箱。b)传感器：可见光：全画幅微单，42MP，35mm定焦，像元4.5μm，地面采样距离（GSD）≤5mm@30m；红外：640×512氧化钒非制冷，NETD≤40mK，镜头75mm，GSD≤25mm@30m；LiDAR：32线，视场30°，点密度≥100pts/m²@30m，测距精度±1cm；RTK/PPK：双频，平面±1cm+1ppm，高程±2cm+1ppm；电磁场探头：工频-1GHz，量程1-100kV/m，用于电晕检测。c)航迹规划：采用“塔上-塔下-塔间”三层扫描，塔上距导线30m，塔下距地面15m，塔间采用“之”字形，旁向重叠60%。空域：向南部战区申请120km×2km临时隔离空域，高度真高100-300m，分三段，每段40km，间隔30min转场，使用ADS-BOUT实时上报。d)通信链路：主链路为5GSA专网（n78，100MHz），备用链路为L波段（1.4GHz，500kHz）数传，三级冗余：5G→L→卫星（IridiumCertus）。机载部署双天线分集，地面站采用自动跟踪抛物面，增益29dBi，链路裕量>10dB@20m/s雨衰。e)数据处理：1)采用LiDAR点云生成高精度DEM，与可见光影像联合平差，POS辅助空三，像方误差<0.3pix；2)利用深度学习YOLOv7-tiny检测销钉缺失、绝缘子裂纹，训练集5000张，mAP≥0.92；3)红外影像采用Otsu分割与温度梯度双阈值，识别耐张线夹过热点，误差≤2℃；4)缺陷坐标映射至杆塔台账，采用国网统一编码，自动生成报告，缺陷定位误差≤0.3