无人机技术与应用考试试题附答案【黄金题型】

无人机技术与应用考试试题附答案【黄金题型】一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在固定翼无人机纵向静稳定性设计中，若重心前移，则：A.俯仰阻尼力矩减小B.俯仰恢复力矩增大C.升力线斜率降低D.诱导阻力系数增大答案：B解析：重心前移使气动焦点相对重心后移，产生更大的俯仰恢复力矩，增强纵向静稳定性。2.多旋翼无人机在悬停时，电机转速出现周期性±2%波动，最可能的原因是：A.磁罗盘受到金属物体干扰B.电调刷新频率与陀螺仪采样频率耦合C.电池内阻突增D.GPS星数不足答案：B解析：电调PWM刷新频率与飞控陀螺仪采样频率接近时，会出现差频振荡，表现为转速周期性波动。3.某型垂起固定翼无人机在过渡阶段出现高度掉高，经排查发现空速管阻塞，飞控此时最可能触发：A.失速保护→强制切回多旋翼模式B.高度保持→增大油门C.姿态保持→下俯修正D.航向锁定→左舵修正答案：A解析：空速管阻塞导致空速数据异常偏低，飞控误判即将失速，触发失速保护逻辑，强制切回多旋翼模式以恢复升力。4.在RTK定位中，若基站与移动站之间出现5秒通信中断，移动站最可能：A.立即进入固定解B.保持固定解约10秒后降为浮点解C.立即降为单点解D.保持浮点解直至信号恢复答案：B解析：RTK利用载波相位差分，基站中断后移动站依靠惯性预测维持固定解约10秒，随后因误差累积降为浮点解。5.下列关于锂聚合物电池能量密度与放电倍率的描述，正确的是：A.能量密度与放电倍率呈线性正相关B.高放电倍率电池通常采用更薄的隔膜以降低内阻C.能量密度越高，循环寿命越长D.放电倍率C值越大，电池重量越轻答案：B解析：高倍率电池通过减薄隔膜、增加极片孔隙率降低内阻，但会牺牲部分能量密度。6.在基于视觉的自主降落中，若AprilTag尺寸标定误差+5%，无人机将：A.提前0.5米触发降落B.延迟0.5米触发降落C.降落横向误差增大+5%D.降落纵向误差增大+5%答案：C解析：Tag尺寸偏大导致视觉算法低估距离，横向误差随距离比例放大，表现为横向偏移。7.某型植保无人机喷幅宽度8米，作业速度5米/秒，药液流量2.4升/分钟，其作业亩喷量约为：A.0.8升/亩B.1.2升/亩C.1.8升/亩D.2.4升/亩答案：B解析：亩喷量=流量÷(速度×喷幅×0.0015)=2.4÷(5×8×0.0015)=1.2升/亩。8.在毫米波雷达避障中，若目标径向速度为零，则雷达最可能：A.无法探测目标B.将目标识别为静止杂波并滤除C.增大发射功率D.切换至FMCW模式答案：B解析：毫米波雷达通过多普勒区分动静目标，径向速度为零的目标被归类为静止杂波，在航迹层被滤除。9.某型四旋翼无人机在满载悬停时，电机效率82%，电调效率96%，电池输出电流60A，电压22.2V，其总拉力最接近：A.2.1kgB.2.5kgC.2.9kgD.3.3kg答案：C解析：输入功率P=22.2×60=1332W；电机轴功率=1332×0.82×0.96≈1049W；悬停需功率≈100W/kg，拉力≈10.49N≈2.9kg。10.在基于PX4的飞行任务中，若设置参数COM_RCL_EXCEPT=4，则：A.遥控器失联后立即返航B.遥控器失联后进入悬停等待C.遥控器失联后忽略，继续任务D.遥控器失联后触发降落答案：C解析：COM_RCL_EXCEPT=4表示在自动任务模式下忽略遥控器失联，继续执行航线。二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）11.下列哪些措施可有效抑制多旋翼无人机的高频振动：A.采用三轴云台软减震球B.增加IMU低通滤波截止频率C.螺旋桨动平衡校准D.电机底座添加阻尼垫E.提高陀螺仪采样频率至8kHz答案：A、C、D解析：B项提高截止频率会放大高频噪声；E项提高采样频率仅提高带宽，不抑制振动源。12.关于固定翼无人机“海豚跳”现象，下列说法正确的是：A.本质为俯仰短周期模态阻尼不足B.可通过增加水平尾翼面积抑制C.与升降舵传动间隙过大有关D.在重心后移时更易出现E.属于横航向耦合振荡答案：A、B、C、D解析：海豚跳为纵向短周期不稳定，与横航向无关。13.在无人机集群编队中，采用分布式一致性算法时，下列哪些拓扑结构具有代数连通度大于零：A.全连接图B.星型图C.环形图D.树形图E.双向链形图答案：A、B、C、E解析：树形图为最小连通图，删除任意边即不连通，代数连通度为零。14.下列哪些传感器组合可在GNSS拒止环境下实现持续10分钟、位置漂移<5米的导航：A.视觉惯性里程计+气压计B.毫米波雷达SLAM+磁力计C.激光雷达SLAM+IMUD.超声波定高+光流+IMUE.单目相机+轮速计答案：A、C解析：B项毫米波雷达SLAM在室外特征稀疏时漂移大；D项光流仅适用于低高度；E项轮速计不适用于无人机。15.关于氢燃料电池无人机，下列描述正确的是：A.电堆功率密度通常高于锂电池B.系统比能量可达锂电池的2~3倍C.低温环境下需启动加热模块D.输出电压随负载变化较小E.尾气排放为水蒸气答案：B、C、E解析：A项电堆功率密度低于锂电池；D项燃料电池极化特性导致电压随负载显著下降。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）16.在固定翼无人机设计中，增大后掠角可提高纵向静稳定性。答案：×解析：后掠角主要影响横航向稳定性，对纵向稳定性贡献很小。17.多旋翼无人机在电池电量低于10%时，继续爬升会导致电调过压保护。答案：×解析：低电量时电压下降，不会触发过压保护，可能触发低压保护。18.采用扩展卡尔曼滤波（EKF）进行多传感器融合时，过程噪声协方差矩阵Q越大，滤波器对模型信任度越低。答案：√解析：Q增大表示模型不确定性增加，滤波器更依赖观测。19.在数字图传系统中，采用H.265编码相比H.264可在同等画质下降低约50%码率。答案：√解析：H.265引入CTU、SAO等技术，压缩效率提升约50%。20.固定翼无人机在等速爬升时，所需功率随高度增加而线性减小。答案：×解析：空气密度随高度指数下降，所需功率呈非线性增加。21.激光雷达的测距精度与目标表面反射率无关。答案：×解析：低反射率表面回波信号弱，测距误差增大。22.在PX4飞控中，参数EKF2_RNG_NOISE表示激光雷达噪声标准差，单位是米。答案：√解析：该参数直接设置测距仪观测噪声，单位为米。23.多旋翼无人机在悬停时，电机KV值越高，则电流越小。答案：×解析：KV值高表示转速高、扭矩小，需更大电流维持拉力。24.采用RTCM3.2协议的基站，可同时支持GPS、GLONASS、Galileo、BDS四星差分。答案：√解析：RTCM3.2支持多星系统MSM消息，可四星同播。25.在植保无人机作业中，添加表面活性剂可降低药液表面张力，提高雾滴覆盖率。答案：√解析：表面活性剂减小接触角，使雾滴更易铺展。四、填空题（每空2分，共20分）26.某型固定翼无人机巡航升阻比为12，翼载荷为8kg/m²，巡航功率载荷为8W/N，则其巡航需用功率为________W/m²。答案：65.3解析：翼载荷8kg/m²≈78.4N/m²；功率=78.4/12×8≈65.3W/m²。27.多旋翼无人机在海拔3000米悬停，空气密度为海平面的0.742倍，则所需拉力比海平面增加________%。答案：34.8解析：拉力与密度成反比，增加(1/0.742−1)×100%≈34.8%。28.采用4S5000mAh30C电池，最大持续电流为________A。答案：150解析：5000mAh×30C=150A。29.在激光雷达SLAM中，若角分辨率0.25°，扫描频率10Hz，则每帧点云最大点数约为________。答案：14400解析：360/0.25×10×3600/3600=14400。30.某型无人机空速管校准系数为1.05，指示空速为20m/s，则真实空速为________m/s。答案：21解析：20×1.05=21。31.在视觉惯性融合中，IMU采样频率200Hz，相机帧率20Hz，则时间戳对齐最大误差为________ms。答案：2.5解析：1/200×1000/2=2.5ms。32.固定翼无人机失速速度为12m/s，若襟翼放下增升30%，则新失速速度为________m/s。答案：10.5解析：12/√1.3≈10.5。33.某型电机KV值800，电池电压22.2V，理论空载转速为________rpm。答案：17760解析：800×22.2=17760。34.在毫米波雷达信号处理中，若FFT点数1024，采样率2MHz，则距离分辨率为________m。答案：0.073解析：c/2B=3×10⁸/(2×2×10⁶)=0.075m；1024点无窗，分辨率≈0.073m。35.植保无人机作业参数为亩喷量1.5升，作业速度5m/s，喷幅10米，则药液流量为________升/分钟。答案：4.5解析：1.5×5×10×0.0015×60=4.5。五、简答题（每题8分，共40分）36.简述固定翼无人机“螺旋模态”与“荷兰滚模态”的区别，并给出抑制荷兰滚的三种设计措施。答案：螺旋模态为横航向缓慢收敛或发散的运动，主要表现为滚转角与偏航角耦合，周期数十秒至数百秒；荷兰滚为横航向振荡，周期3~15秒，表现为侧滑、滚转、偏航耦合振荡。抑制荷兰滚措施：①增大垂尾面积，提高航向静稳定性；②采用后掠角上反角组合，增强滚转-偏航耦合阻尼；③安装偏航阻尼器，引入角速度反馈。37.多旋翼无人机在GNSS拒止环境下，仅依靠IMU与气压定高，10分钟后高度漂移可达±50米，请提出一种基于激光测距与地图匹配的改进方案，并给出算法流程。答案：采用2D激光雷达扫描地面，提取线特征（如房屋边缘、电线杆），与离线栅格地图进行ICP匹配，估计水平漂移；激光测距仪垂直向下测高，融合气压计与IMU高度，采用EKF框架：状态向量包含位置、速度、加速度偏置、气压零偏；观测为激光测距高度与地图匹配位置；每帧激光扫描与地图匹配更新位置观测，抑制IMU漂移。实验表明，10分钟漂移可降至±3米。38.某型垂起固定翼无人机在过渡阶段出现剧烈俯仰振荡，经频域辨识发现短周期阻尼比仅0.15，请给出一种基于增益调度的控制律改进方法，并给出调参步骤。答案：采用攻角-空速双参数增益调度，设计LQR控制器，状态量q、α、θ，输入δe。步骤：①在过渡包线内选取5个典型点（攻角5°~15°，空速8~18m/s）；②线性化模型，得状态矩阵A、B；③对每个点求解Riccati方程，得反馈增益K(α,V)；④采用双线性插值构建增益调度表；⑤在Simulink搭建非线性模型，进行Monte-Carlo仿真，验证阻尼比>0.5；⑥试飞时逐步放宽增益，监视伺服饱和与噪声放大，最终阻尼比提升至0.45，振荡消除。39.简述氢燃料电池无人机在低温（-10℃）环境下的启动策略，并给出热管理方案。答案：启动策略：①停机时采用真空隔热套+相变储热模块，维持电堆>5℃；②启动前，DC-DC升压至空载电压，启动循环泵，采用PTC预热冷却液至0℃；③阴极通入干空气，阳极通入氢气，采用脉冲排放防止水结冰；④电堆温度>5℃后，按0.1A/cm²阶梯加载，每阶稳定30秒，直至额定功率。热管理：采用乙二醇-水混合液，三通阀控制大小循环，电堆出口设45℃节温器；余热通过铝合金散热片+低速风扇排出，风扇启停由电堆出口温度控制，目标工作温度60~65℃。40.植保无人机采用变量施药系统，需根据NDVI植被指数实时调节流量，请给出硬件架构与软件算法。答案：硬件：多光谱相机（红光、近红外）固定于机头下倾30°，通过CAN总线连接机载计算机；计算机运行Linux+ROS，实时计算NDVI；流量计采用电磁式，精度±1%，通过PWM控制蠕动泵转速；地面站预先生成处方图（NDVI-流量曲线）。算法：①相机每秒采集一次图像，裁剪中央50%区域，去噪后计算平均NDVI；②采用滑动平均滤波，窗口5秒；③根据处方图线性插值得目标流量Q；④PID控制蠕动泵转速，反馈流量为实际值；⑤若NDVI<0.2，关闭喷头；⑥作业后生成施药报告，包含NDVI分布、实际流量、漏喷区域。六、综合设计题（共35分）41.设计一款适用于高原（海拔4500米）长航时（>8小时）的固定翼无人机，要求：（1）给出总体布局与主要参数（翼展、展弦比、翼载荷、动力形式）；（2）进行航时估算，证明满足8小时指标；（3）给出高原起降特殊措施；（4）提出一种低成本复合材料机翼制造工艺。答案：（1）总体布局：高单翼、常规尾翼、前三点轮式起落架，翼展3.6米，展弦比18，翼载荷28kg/m²，采用氢燃料电池+锂电池混合动力，电推进，后置螺旋桨。（2）航时估算：飞机总重18kg，其中氢燃料3kg（含瓶），锂电池2kg；氢燃料电池系统比能量600Wh/kg，提供1800Wh；锂电池比能量220Wh/kg，提供440Wh；总能量2240Wh；巡航需用功率：升阻比20，翼载荷28kg/m²→气动载荷274N/m²；巡航速度=√(2×274/(1.225×0.742×0.8))≈26m/s；需用功率=274×26/20/0.85≈419W；航时=2240/419≈5.3小时；增加翼展至4.5米，展弦比25，升