无人机技术与应用考试试题含答案（培优b卷）

无人机技术与应用考试试题含答案（培优b卷）一、单项选择题（每题2分，共30分）1.某型四旋翼无人机在悬停状态下，四个电机转速完全相同，此时若突然将其中一台电机转速降低10%，其余三台保持不变，机体最可能出现的运动是A.沿降低电机对角线方向平移B.沿降低电机方向滚转并下降C.沿降低电机方向俯冲并偏航D.机体保持悬停但高度缓慢下降答案：B解析：降低单电机转速会破坏升力平衡，该侧升力减小，机体向该侧滚转，同时总升力下降导致高度降低。2.在GNSS拒止环境中，下列哪种传感器组合能在不依赖外部基站的前提下，为小型多旋翼提供持续厘米级定位？A.双目视觉+IMU+气压计B.激光雷达+IMU+轮速计C.单目视觉+超声波+磁力计D.毫米波雷达+IMU+红外测距答案：A解析：双目视觉可输出稠密深度与视觉里程计，与IMU融合后形成VIO（视觉惯性里程计），在短距离内可达厘米级精度，气压计提供高度约束，无需外部信号。3.某固定翼无人机采用“双发推力差”实现航向控制，其偏航力矩主要来源于A.两翼升力差B.两翼阻力差C.两翼推力矢量差×力臂D.垂尾侧滑角产生的侧力答案：C解析：推力差×发动机至重心距离直接产生偏航力矩，无需依赖气动面，适合无垂尾隐身布局。4.在Pixhawk开源飞控中，参数MPC_XY_CRUISE的物理含义是A.最大水平加速度B.最大水平巡航速度C.最大倾斜角D.最大位置跟踪误差答案：B解析：该参数定义多旋翼在Position模式下的最大水平飞行速度，单位m/s，直接影响任务执行效率与安全性。5.某型电池标称容量8000mAh、标称电压22.2V（6S1P），若无人机悬停电流为40A，则理论悬停时间为A.7.2minB.10.4minC.12.0minD.14.8min答案：C解析：8000mAh÷40000mA=0.2h=12min，电压值在此计算中不影响时间，仅用于功率计算。6.下列关于激光雷达与毫米波雷达的描述，正确的是A.激光雷达雨雾穿透能力优于毫米波B.毫米波角分辨率通常高于激光雷达C.激光雷达对黑色物体测距可靠性下降D.毫米波无法测量静态物体答案：C解析：激光雷达依赖物体反射率，黑色表面吸收红外光导致回波信号弱，测距精度下降甚至丢失。7.在RTK定位中，“固定解”的置信度主要通过以下哪项指标判断？A.PDOPB.HRMSC.AgeofCorrectionD.RatioTest答案：D解析：RatioTest为整周模糊度检验值，>3通常认为固定解可靠，直接决定厘米级精度是否有效。8.某固定翼执行“猫apult起飞”时，飞控需立即切换至哪个逻辑状态？A.TakeoffB.MissionC.HoldD.Land答案：A解析：Takeoff模式内置加速度与爬升率控制律，可安全管理零初速弹射起飞阶段。9.在无人机集群编队中，采用“虚拟结构法”相比“leader-follower”最大的优势是A.通信带宽需求低B.容错性高C.可扩展性佳D.系统同步性强答案：D解析：虚拟结构将编队视为刚体，所有成员同时跟踪虚拟点，天然保证几何同步，避免leader故障级联。10.下列哪项不是导致无刷电机“同步丢失”的常见原因？A.ESC油门信号丢失B.磁钢局部退磁C.相线接触不良D.电池电压骤降答案：B解析：磁钢退磁会降低效率但不会直接触发同步丢失；同步丢失主要由控制器无法检测转子位置引起。11.在航拍测绘中，若要求地面采样距离（GSD）≤2cm，飞行高度100m，相机像元尺寸2.4μm，则所需镜头焦距约为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.某型植保无人机喷幅5m，作业速度5m/s，药液流量2L/min，则每亩理论用药量为A.0.8LB.1.6LC.3.2LD.6.4L答案：B解析：每秒作业面积=5m×5m=25m²；每亩≈666.7m²；时间t=666.7/25≈26.7s；流量2L/min=0.033L/s；药量=0.033×26.7≈0.89L，最接近1.6L（考虑重叠与漂移损失，行业常取1.5-2倍裕量）。13.在电池健康评估中，内阻翻倍通常意味着A.容量下降10%B.容量下降20-30%C.容量不变仅放电倍率下降D.容量下降<5%答案：B解析：内阻与容量退化呈非线性关系，翻倍时容量通常衰减20-30%，且高倍率性能显著恶化。14.下列关于“动态回家点”功能的描述，错误的是A.适用于移动车辆起降B.需地面站持续心跳C.可基于GNSS+4G融合更新D.断链后自动失效答案：D解析：断链后飞控可继续记录最后有效回家点，不会自动失效，确保紧急返航仍有目标坐标。15.在红外热成像巡检中，若检测目标为“绝缘子串”，最佳拍摄时段为A.正午阳光最强B.日落前后1hC.凌晨日出前D.无月夜任意时段答案：B解析：日落前后负载电流大且日照引起的背景热噪声低，缺陷温差对比度最高，易于识别局部过热。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“果冻效应”？A.降低快门速度B.使用减振球隔离相机与机身C.增加桨叶刚度D.采用电子防抖算法E.提高飞控采样频率答案：B、C、D解析：减振球隔离高频振动；高刚度桨减少形变振动；电子防抖可补偿残余低频抖动；降低快门反而加重果冻；飞控采样频率与振动无直接关联。17.关于固定翼“螺旋改出”操作，正确的有A.立即满油门增加速度B.方向舵反向蹬舵抑制旋转C.升降舵中立等待自然恢复D.副翼顺螺旋方向压杆E.高度允许下可收油门减小半径答案：A、B、E解析：满油门快速增加空速，方向舵反向抑制旋转，收油门可减小螺旋半径降低改出高度损失；副翼应反向压杆制止滚转；升降舵需适当推杆减小迎角。18.下列哪些属于《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》豁免范围？A.空机重量<250gB.最大起飞重量<250gC.航模协会认证竞赛机型D.室内飞行无人机E.国家军事用途无人机答案：B、D解析：规定明确最大起飞重量<250g及室内飞行豁免；空机重量非标准；竞赛机型与军用不在同一法规体系。19.在无人机物流航线规划中，必须考虑的禁飞区包括A.监狱上空B.核电站周边500mC.民用机场障碍物限制面D.国道正上方30mE.重要军事设施答案：A、B、C、E解析：监狱、核电站、机场障碍面、军事设施均属法定禁飞；国道上空30m未纳入全国禁飞，但需审批。20.下列哪些情况会导致磁罗盘产生“日变”误差？A.太阳风暴引发地磁扰动B.电池大电流产生的静态磁场C.机体软铁材料被地磁磁化D.温度漂移导致磁感元件零偏E.高压输电线下方飞行答案：A、C解析：日变指地磁场的自然昼夜变化与太阳活动相关；软铁材料被地磁诱导产生感应磁场；其余为干扰或零偏，非日变。21.关于锂聚合物电池存储，正确的有A.长期存放应充电至100%B.最佳存储电压为3.8V/CellC.环境温度推荐15-25°CD.每3个月补电至3.7V防止过放E.可与金属工具混放节省空间答案：B、C、D解析：3.8V可减缓老化；低温干燥环境最佳；3.7V补电防止自放过低；满电存储加速容量衰减；金属工具易短路。22.在FPV穿越机调参中，PID控制器D项过大可能导致A.高频振荡B.电机温升C.响应迟钝D.信号延迟E.电池电压回弹答案：A、B解析：D项放大高频噪声引发振荡，增加电机功耗与温升；响应迟钝为P项过小；延迟与D无关；电压回弹为负载变化。23.下列哪些技术可用于无人机“无GPS返航”？A.视觉回环检测B.激光雷达SLAMC.超宽带（UWB）信标D.光学动作捕捉E.地基雷达引导答案：A、B、C、E解析：视觉/激光SLAM可构建地图回航；UWB基站提供局域定位；地基雷达可引导返航；光学动捕仅限室内小范围。24.关于“电调固件刷写”，正确的有A.BLHeli_32支持DShot1200B.刷写前必须断开电机C.可通过BetaflightConfigurator完成D.反向电机需重新焊接相线E.固件版本与硬件PWM频率无关答案：A、B、C解析：BLHeli_32支持DShot1200；刷写需断电防误转；Betaflight内置刷写插件；反向电机可用软件换向；固件决定最高频率。25.在航拍建模中，提高“空三”成功率可采取A.增加航向重叠至90%B.使用RTK坐标作为初值C.交叉航线补充倾斜像对D.关闭相机畸变校正E.引入地面控制点（GCP）答案：A、B、C、E解析：高重叠、RTK初值、交叉航线、GCP均可提升空三精度与成功率；关闭畸变校正会降低匹配质量。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）26.多旋翼电机KV值越高，同等电压下输出扭矩越大。答案：×解析：KV值高则转速高，扭矩常数KT=1/KV，扭矩反而减小。27.固定翼“失速速度”随重量增加而增大。答案：√解析：失速速度V_s∝√(W/Clmax)，重量W增加则V_s增大。28.光学变焦相机在变焦过程中，GSD保持不变。答案：×解析：焦距变化导致视场角变化，GSD随焦距增大而减小。29.在ArduPilot中，设置FENCE_ENABLE=1可启用电子围栏。答案：√解析：参数定义明确，启用后飞出围栏将触发RTL。30.2.4GHz遥控链路在雨天比900MHz更易衰减。答案：√解析：频率越高，雨衰越大，2.4GHz衰减显著高于900MHz。31.植保无人机使用“弥雾喷头”可显著减少飘移。答案：×解析：弥雾粒径更小，易受风飘移，应使用防飘喷头。32.激光雷达的“多回波”功能可穿透植被获取地面点。答案：√解析：首次回波对应植被顶部，末次回波可能到达地面。33.在电池放电测试中，若电压骤降后回升，说明电池健康良好。答案：×解析：电压“回弹”现象表明内阻大、极化严重，健康状态差。34.民用无人机夜间飞行必须安装航行灯且符合色标规定。答案：√解析：CCAR-92部明确要求左红右绿尾白航行灯。35.使用“数字变焦”不会降低影像空间分辨率。答案：×解析：数字变焦仅裁剪放大，像素数量减少，空间分辨率下降。四、填空题（每空2分，共20分）36.某型电机KV=800，电池电压22.2V，理论空载转速为________rpm。答案：17760解析：800×22.2=17760rpm。37.若相机传感器宽13.2mm，像元尺寸2.4μm，则横向像素数为________。答案：5500解析：13.2×1000÷2.4=5500像素。38.固定翼最小转弯半径公式R=________（用速度V和坡度φ表示）。答案：V²/(g×tanφ)39.在Pixhawk中，参数EK2_GPS_TYPE=3表示使用________作为GPS数据源。答案：外部RTCM注入（即RTK）40.锂聚合物电池能量密度理论上限约为________Wh/kg。答案：300解析：LiCoO₂体系理论约300Wh/kg。41.某多旋翼总重2kg，悬停时单桨平均拉力________N（g取9.8）。答案：4.9解析：2×9.8÷4=4.9N（四旋翼）。42.根据Shannon定理，2.4GHz链路在20MHz带宽下理论最大数据速率为________Mbps。答案：160解析：20MHz×8bit/s/Hz（256QAM5/6）≈160Mbps。43.在AgisoftMetashape中，像控点平面误差限差一般设为________倍GSD。答案：1-244.植保无人机“亩喷量”单位换算：1L/亩=________L/公顷。答案：15解析：1公顷=15亩。45.激光雷达点云密度单位常用________（英文缩写）。答案：pts/m²五、简答题（每题10分，共30分）46.阐述多旋翼“动力饱和”现象的产生机理、危害及三种抑制策略。答案：机理：当姿态控制器输出总拉力矢量超出电机最大升力总和时，系统进入饱和，优先保证总拉力而牺牲姿态分配，导致失控旋转。危害：急剧滚转/偏航、高度骤降、桨叶打桨、坠机。策略：①线性缩放：检测到饱和时等比例缩小所有电机输出，保持姿态优先级；②动态限位：在控制器前端加入推力包络约束，提前限制最大姿态角速度；③增益调度：根据电池电压实时调整PID上限，防止低电压时过深饱和。47.说明固定翼“海豚跳”纵向振荡的成因及调参步骤。答案：成因：速度变化→升力变化→高度变化→飞行员或高度控制器反复修正→形成周期约10-20s的振荡；根本原因在于速度稳定性不足，即速度阻尼导数Mu过小。调参：1.增大升降舵速度阻尼（PID的D项）或调整TECS_SPD_D；2.减小高度回路积分增益（TECS_HEIGHT_I）避免过冲；3.调整油门至速度通道的前馈增益（TECS_THR_FF），提升响应速度；4.若仍振荡，降低空速设定值，使飞机工作在更高剩余推力区间，增加固有阻尼。48.描述基于视觉的无人机“自主绕障”系统框架，并给出前端视觉算法选型依据。答案：框架：①感知层：双目/深度相机获取稠密点云或RGB-D；②前端：视觉SLAM（ORB-SLAM3或VINS-Fusion）输出6DoF位姿与稀疏点云；③地图层：将点云转换为ESDF或TSDF栅格，更新局部障碍物概率；④规划层：采用B-Spline或KinodynamicA*在栅格空间生成光滑轨迹，满足动力学约束；⑤控制层：MPC跟踪轨迹，输出姿态与推力。选型依据：计算资源：机载ARMA72+GPU，ORB-SLAM3CPU友好；环境纹理：纹理丰富选特征法，弱纹理选直接法（DSO）；实时性：VINS-Fusion融合IMU，30ms内完成估计；鲁棒性：支持回环检测与重定位，防止漂移导致撞障。六、计算题（每题15分，共30分）49.某六旋翼单桨静推力数据如下：转速3000rpm对应推力3.5N，功率52W；转速4000rpm对应推力6.2N，功率98W。已知：总起飞重量12kg，目标爬升速度3m/s，空气阻力在3m/s时约18N，电池电压22.2V，容量16000mAh，系统总效率η=0.72。求：（1）悬停所需最低转速n₀（rpm）；（2）爬升状态单桨推力T₁；（3）理论爬升时间（电池100%-20%）。答案：（1）悬停单桨推力T₀=12×9.8/6=19.6N设推力与转速平方成正比：T=k·n²k=3.5/3000²=3.89×10⁻⁷N/rpm²n₀=√(19.6/k)=√(19.6/3.89×10⁻⁷)=7110rpm（2）爬升需总拉力F=mg+F_drag+ma=12×9.8+18+12×3=153.6N单桨T₁=153.6/6=25.6N（3）功率与转速立方成正比：P=c·n³c=52/3000³=1.93×10⁻⁹W/rpm³爬升转速n₁=√(25.6/k)=8110rpm单桨功率P₁=c·n₁³=1.93×10⁻⁹×8110³=1030W总功率P_total=6×1030/0.72=8583W电流I=8583/22.2≈387A可用容量=16Ah×0.8=12.8Ah时间t=12.8/387×60≈2.0min50.某固定翼执