无人机技术与应用考试试题及完整答案【必刷】

无人机技术与应用考试试题及完整答案【必刷】1.单项选择题（每题2分，共30分）1.1在多旋翼无人机飞控系统中，负责将陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计等多源传感器数据进行融合，实时解算飞行器姿态的算法最常用的是A.互补滤波B.扩展卡尔曼滤波C.一阶低通滤波D.滑动平均滤波答案：B解析：扩展卡尔曼滤波（EKF）能够处理非线性系统，对传感器噪声统计特性进行最优估计，是目前开源与商业飞控（如PX4、ArduPilot）默认的姿态与位置估计核心算法。互补滤波虽简单但精度有限；后两者仅为低阶滤波，无法完成多传感器融合。1.2某六旋翼无人机在悬停时，其中一个电机突然停转，飞控立即执行“六转五”容错控制，此时机体将A.绕滚转轴持续翻滚直至坠机B.保持高度不变，仅偏航角缓慢漂移C.以一定角速度绕滚转轴旋转，同时总拉力降低约17%D.立即进入自旋并垂直坠落答案：C解析：六旋翼在缺失一个电机后，剩余五个电机需重新分配拉力与力矩。通过反向旋转的剩余电机差分，可抵消部分滚转力矩，但无法完全平衡，故机体将绕滚转轴以恒定角速度旋转，同时最大拉力减少约1/6，高度需通过增加油门补偿，但无法完全维持原高度。1.3下列关于锂聚合物电池（Li-Po）放电特性的描述，正确的是A.25C放电倍率表示电池在25分钟内放完电B.单片电芯标称电压3.7V，满电4.2V，放空2.75VC.温度降低时，内阻减小，容量增加D.存储时应保持满电状态以防钝化答案：B解析：Li-Po单片电芯标称电压3.7V，满电4.2V，放空截止电压通常设为3.0V或2.75V；25C表示可在1/25小时（2.4分钟）放完电；温度降低内阻增大，容量下降；长期满电存储会加速容量衰减，推荐存储电压为3.8–3.85V。1.4在GNSS-RTK定位中，固定解（Fixed）的模糊度整数解算主要依赖于A.载波相位双差分观测值B.伪距单点定位C.多普勒频移测速D.SBAS星基增强答案：A解析：RTK利用基准站与流动站之间对同一卫星的载波相位做双差分，消除钟差与电离层延迟，通过LAMBDA等方法快速搜索整周模糊度，获得厘米级固定解。1.5某测绘无人机采用正射影像方案，地面分辨率（GSD）要求优于3cm，相机焦距35mm，像元尺寸4μm，则飞行高度应约为A.120mB.180mC.262mD.300m答案：C解析：GSD=(像元尺寸×飞行高度)/焦距；代入单位统一：GSD=0.03m，像元尺寸=4×10⁻⁶m，焦距=0.035m；得高度=0.03×0.035/(4×10⁻⁶)=262.5m。1.6下列关于无人机雷达避障的说法，错误的是A.24GHz毫米波雷达在雨雾天气中衰减较小，可全天候工作B.77GHz雷达角分辨率高于24GHz，适合识别电线等细小目标C.调频连续波（FMCW）雷达可同时测距测速D.多旋翼下视雷达主要用于空速估计答案：D解析：多旋翼下视雷达主要用于相对高度测量与地形跟随，而非空速估计；空速依赖皮托管或基于GNSS/IMU的风估计算法。1.7在Pixhawk飞控中，若将参数MPC_XY_CRUISE设为12m/s，MPC_Z_VEL_MAX_UP设为5m/s，则无人机在自动航线飞行时的最大水平速度与最大上升速度分别为A.12m/s；5m/sB.10m/s；3m/sC.15m/s；5m/sD.12m/s；10m/s答案：A解析：PX4的MPC_XY_CRUISE定义自动模式水平巡航速度，MPC_Z_VEL_MAX_UP定义最大垂直上升速度，参数值即极限值，飞控不会超速。1.8使用AgisoftMetashape进行倾斜摄影空三，出现“相机位置漂移”最可能的原因是A.初始相机内参未输入，依赖自检校导致参数相关B.使用了高精度RTK坐标作为像控C.影像重叠度达到80%D.关闭了rollingshutter补偿答案：A解析：无初始内参时，软件采用自检校，若影像弱纹理或几何弱，焦距与主点与外参强相关，导致解算相机位置漂移；其余选项均提高精度或无关。1.9在《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》中，空机重量大于A.250gB.1kgC.4kgD.15kg答案：A解析：中国民航局规定，空机重量≥250g的民用无人机须在“无人机实名登记系统”实名登记。1.10某型固定翼无人机采用凯夫拉纤维增强复合材料制造机翼，其比强度高于铝合金，主要得益于A.密度低且拉伸模量高B.密度低且拉伸强度高C.压缩强度高D.断裂韧性好答案：B解析：凯夫拉密度约1.44g/cm³，拉伸强度3.6–4.1GPa，远高于铝（2.7g/cm³，0.5GPa），因此比强度（强度/密度）高，适合轻量化主承力结构。1.11在无人机数据链中，采用OFDM调制与2×2MIMO，信道带宽10MHz，64QAM5/6编码，理论净速率约为A.30MbpsB.50MbpsC.72MbpsD.100Mbps答案：C解析：根据802.11n协议，10MHz带宽下64QAM5/6单流速率30Mbps，2×2MIMO翻倍得60Mbps，考虑帧间隔与MAC开销，实际净速率约72Mbps。1.12植保无人机进行水稻飞防，作业参数：喷幅5m，飞行速度5m/s，亩喷量1L，则理论作业效率约为A.30亩/小时B.60亩/小时C.90亩/小时D.120亩/小时答案：B解析：每秒作业面积=5m×5m=25m²；每小时=25×3600=90000m²≈135亩；但需考虑掉头、装药、换电池，综合效率按45%计，135×0.45≈60亩/小时。1.13在深度学习目标检测网络YOLOv5中，用于提升小目标检测效果的关键模块是A.Focus切片B.SPPFC.PANetD.Mosaic-8数据增强答案：D解析：Mosaic-8在训练时随机拼接8张图像，增加小目标数量与上下文，提高网络对小目标敏感度；其余为网络结构或特征融合模块。1.14使用热红外无人机巡检光伏板，检测热点缺陷，最佳飞行时段为A.正午太阳辐照最强B.日出后1小时C.日落前1小时D.夜间无光照答案：A解析：正午辐照高，缺陷电池片因内阻发热温度对比明显，热反差最大；夜间无辐照无法激发缺陷发热。1.15在UTM（U-space）系统中，为无人机分配的动态地理围栏形状通常采用A.圆柱体B.正多边形棱柱C.椭球体D.任意拉伸的凸多面体答案：D解析：UTM支持基于WGS84的任意三维凸多面体，实现与地形、建筑物、管制区精确耦合，避免简单几何带来的空域浪费。2.多项选择题（每题3分，共30分；多选少选均不得分）2.1下列哪些措施可有效降低多旋翼无人机振动对IMU的影响A.采用软减震球隔离高频振动B.将IMU安装于刚性中心板C.增加加速度计低通滤波截止频率D.在桨叶尖端粘贴阻尼胶E.使用自适应Notch滤波器对电机转速谐波进行抑制答案：A、D、E解析：软减震球隔离高频；桨尖阻尼胶降低桨频振动；自适应Notch可跟踪电机转速实时滤除谐波；刚性安装会放大振动；提高截止频率会引入更多噪声。2.2关于激光雷达（LiDAR）点云滤波，属于高程突变滤波算法的有A.渐进式三角网加密（PTD）B.基于坡度阈值的滤波C.基于高程直方图统计D.移动窗口最小值E.布料模拟滤波（CSF）答案：A、B、E解析：PTD、坡度、CSF均利用高程突变或几何一致性区分地面与非地面点；直方图统计与最小值滤波属于简单统计或形态学方法，不直接检测突变。2.3下列哪些情况会导致固定翼无人机出现“荷兰滚”不稳定A.垂尾面积过小B.机翼上反角过大C.重心过于靠后D.方向静稳定导数Cnβ为负且绝对值小E.滚转静稳定导数Clβ为正且较大答案：A、B、D、E解析：荷兰滚为偏航-滚转耦合振荡，垂尾小、Cnβ负且小导致弱方向稳定；上反角大、Clβ正大导致强滚转恢复，耦合加剧；重心后移主要影响俯仰稳定。2.4在无人机5G专网切片中，以下哪些QoS参数适合巡检视频回传业务A.5QI=2（100ms，2Mbps）B.5QI=6（300ms，100Mbps）C.5QI=65（10ms，50Mbps）D.5QI=8（300ms，200Mbps）E.5QI=9（Non-GBR）答案：B、D解析：巡检视频需大带宽可接受百毫秒级延迟，5QI=6、8为GBR大流量；2速率不足；65为URLLC低延迟但带宽中等；9为Non-GBR无保障。2.5下列关于无人机机载计算平台的说法，正确的有A.NVIDIAJetsonOrinNano的GPU架构为AmpereB.高通QRB5165支持ROS2FoxyC.STM32H7属于Cortex-M7内核，主频480MHz，可运行LinuxD.树莓派4B的GPIO可输出PWM直接驱动无刷电机E.FPGA可实现低延迟事件相机光流计算答案：A、B、E解析：OrinNano为Ampere；QRB5165官方支持ROS2；STM32H7为MCU无法运行Linux；树莓派GPIO无硬件PWM级联，电流不足；FPGA并行适合事件相机。2.6在植保无人机变量施药系统中，实现处方图按需喷洒的关键技术包括A.基于NDVI植被指数生成处方图B.实时RTK定位匹配处方图坐标C.采用PWM信号控制无刷泵转速D.使用地面站人工遥控开关喷头E.基于机载光谱传感器实时反馈闭环修正答案：A、B、C、E解析：处方图需植被指数；需RTK精确定位；PWM调速实现变量；实时光谱可闭环；人工遥控违背自动化变量原则。2.7下列哪些属于无人机电磁兼容性（EMC）设计手段A.采用屏蔽双绞线连接GPS模块B.将高速信号回路与电源回路共地C.在ESC信号线串联铁氧体磁珠D.将2.4GHz图传天线与GPS天线同侧布置E.对电机PWM信号进行扩频调制答案：A、C、E解析：屏蔽双绞防干扰；磁珠抑制高频；扩频降低峰值辐射；共地引入地弹；同侧布置造成带外阻塞。2.8关于无人机集群分布式一致性算法，以下说法正确的有A.基于Boids模型的速度一致性仅需局部邻居信息B.拉普拉斯矩阵特征值越大，收敛速度越慢C.引入虚拟领导者可降低系统分裂概率D.通信时延会导致系统出现振荡甚至失稳E.采用事件触发通信可减少网络负载答案：A、C、D、E解析：Boids为局部规则；拉普拉斯第二特征值越大收敛越快；虚拟领导提供全局参考；时延降低相位裕度；事件触发降低更新频率。2.9在无人机视觉SLAM中，导致尺度漂移的因素包括A.纯单目视觉缺乏绝对距离观测B.IMU与相机时间戳未同步C.回环检测未成功闭合D.采用全局快门相机E.特征点分布集中于远处墙面答案：A、B、C、E解析：单目无尺度；时间戳未同步导致IMU尺度估计偏；无回环累积误差；远处特征深度估计不准；全局快门本身不引入尺度漂移。2.10下列哪些属于无人机低空公共航路（UAR）规划的核心约束A.建筑物三维障碍物B.居民隐私窗口缓冲区C.机场电磁环境D.城市热岛效应强度E.5G基站覆盖盲区答案：A、B、C、E解析：航路需避障、隐私区、机场电磁兼容、通信覆盖；热岛为气象现象，不直接构成航路约束。3.判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）3.1无人机在海拔4000m高原起飞，由于空气密度下降，需增大桨叶迎角或提高转速以维持拉力。答案：√解析：密度下降，同样拉力需增加动压，即提高转速或迎角。3.2在PX4中，参数EKF2_MAG_TYPE设为“None”表示完全禁用磁力计，仅依赖GNSS双天线测向。答案：×解析：设为None表示不依赖磁测更新航向，但需GNSS速度向量或双天线提供航向，否则航向不可观测。3.3采用RTK-PPK后处理差分，可消除基站与流动站之间整周模糊度，但无法消除电离层延迟。答案：×解析：双差分可消除电离层一阶项，PPK主要解决整周模糊度与钟差。3.4植保无人机使用离心喷头比压力喷头更易产生小雾滴，有利于穿透作物冠层。答案：×解析：离心喷头产生雾滴谱较宽，易飘移；压力喷头可调喷芯，易生成大滴穿透。3.5在深度学习训练无人机目标检测模型时，采用MixUp数据增强可降低模型对遮挡的鲁棒性。答案：×解析：MixUp线性插值图像，可提高泛化与遮挡鲁棒性。3.6固定翼无人机进行筋斗机动时，若结构安全系数为1.5，则机动载荷因子需限制在3.8g以内。答案：√解析：限制载荷=极限载荷/安全系数，正常类限制3.8g，对应极限5.7g。3.7根据FAAPart107，小型无人机夜间运行须安装至少3盏可见光航灯，可见距离3SM。答案：×解析：需安装反collision灯，可见3SM，未强制3盏。3.8在OpenCV中，使用cv2.findContours检测到的轮廓点默认按顺时针排序。答案：×解析：未指定方向，需通过坐标判断或cv2.contourArea符号确定。3.9采用碳纤维复合材料制造螺旋桨，若铺层角度全部为0°，则抗扭转性能最佳。答案：×解析：0°铺层抗拉好，但±45°铺层才提供剪切与扭转刚度。3.10在无人机区块链身份认证中，采用PBFT共识算法可容忍不超过1/3恶意节点。答案：√解析：PBFT容错上限为(n-1)/3。4.填空题（每空2分，共20分）4.1某四旋翼单电机最大拉力15N，整机重量12N，悬停时电机占空比约为________%。答案：80解析：悬停需总拉力=12N，单桨3N；占空比=3/15×100%=20%，但四电机同时工作，总拉力60N，实际占空比=12/60=20%；修正：单电机需提供3N，占空比=3/15=20%，总平均20%。4.2在GNSS三频载波相位组合中，消电离层组合（IF）的系数比为________:________:________（按L1:L2:L5顺序）。答案：77：-60：-17解析：f1=1575.42MHz，f2=1227.6MHz，f5=1176.45MHz；IF组合系数与频率平方成正比，归一化后得77：-60：-17。4.3若相机传感器宽22.3mm，分辨率4000×3000，焦距24mm，飞行高度100m，则此时像元对应的地面分辨率GSD=________cm。答案：2.98解析：像元尺寸=22.3/4000=0.005575mm；GSD=0.005575×100/0.024=23.23mm≈2.3cm；修正：22.3mm/4000=5.575μm；GSD=5.575×10⁻⁶×100/0.024=0.02323m=2.32cm；四舍五入2.3cm。4.4在Pixhawk中，参数COM_ARM_WO_GPS设为0表示________。答案：无GPS锁定禁止解锁4.5根据贝努力方程，当固定翼无人机以25m/s指示空速在海平面飞行时，动压q=________Pa。（空气密度取1.225kg/m³）答案：382.8解析：q=½ρV²=0.5×1.225×25²=382.8Pa。4.6植保无人机作业，亩喷量1.5L，作业速度6m/s，喷幅6m，则理论流量________L/min。答案：32.4解析：每秒面积36m²；亩=666.7m²；秒喷量=36/666.7×1.5=0.081L/s；×60=4.86L/min；修正：36m²/s×1.5L/666.7m²=0.081L/s×60=4.86L/min；再验算：6×6=36m²/s；36×3600=129600m²/h=194.4亩/h；1.5L/亩×194.4=291.6L/h；/60=4.86L/min。4.7在OpenCV中，函数cv2.undistort()所需的相机内参矩阵通常记为________×________的浮点矩阵。答案：3；34.8若事件相机输出数据包格式为EVT，每个事件占用________字节（地址事件表示）。答案：8解析：DVS128等采用64位事件，8字节。4.9在区块链无人机日志存证中，采用SHA-256哈希，输出长度为________位。答案：2564.10根据国际民航组织，无人机系统远程识别（RemoteID）最小广播间隔为________秒。答案：15.简答题（每题10分，共30分）5.1阐述多旋翼无人机在GNSS信号被高楼遮挡的城市峡谷中，仅依赖IMU与磁力计进行航位推算的误差累积机制，并提出两种抑制方案。答案：误差累积机制：1.IMU零偏：加速度计零偏经二次积分导致位置误差随时间平方增长；陀螺零偏经一次积分导致姿态误差随时间线性增长，进而引起重力投影误差，再次积分加速位置漂移。2.磁力计干扰：城市峡谷中钢筋、电车线产生硬铁/软铁畸变，磁航向误差可达30°，导致水平速度方向错误，位置误差线性累积。3.尺度误差：气压计受风场与热岛效应影响，高程误差可达±20m，垂直速度误差经积分导致Z方向漂移。抑制方案：1.视觉-惯性融合：采用双目或RGB-D相机，利用视觉里程计提供高频相对位姿观测，与IMU进行紧耦合EKF，将位置漂移限制在0.1%量级；同时利用视觉磁力计校准，在线估计磁偏角与比例因子。2.车辆辅助导航：利用机载UWB模块与路边RSU（路侧单元）进行TOA/TDOA测距，结合城市道路地图，构建因子图优化，将水平定位误差抑制在1m以内；同时引入轮速计/视觉语义车道线匹配，消除磁航向依赖。5.2说明固定翼无人机采用“动态soaring”技术利用风梯度实现零功耗加速的物理本质，并给出最小风梯度模型。答案：物理本质：动态soaring利用水平风随高度变化的梯度，通过爬升-俯冲闭环轨迹，将风场水平动能转换为飞机机械能。飞机在低空逆风爬升，空速增加，地速降低；在高空顺风俯冲，空速降低，地速增加。由于风梯度存在，飞机在爬升段获得的能量大于俯冲段损失，实现净能量增加。最小风梯度模型：假设飞机在闭合轨迹中保持恒定指示空速V，风梯度k=∂U/∂z。根据能量守恒，单位质量飞机在高度Δz内获得的能量需抵消阻力消耗：mgΔz+½m(V+v)²−½mV²=D·s其中v为风速变化量，D为平均阻力，s为轨迹长度。简化后得最小风梯度：k_min=2g/(L/D·V)取海平面L/D=20，V=25m/s，则k_min=2×9.81/(20×25)=0.039s⁻¹，即3.9s⁻¹风梯度，相当于100m高度风速差3.9m/s。5.3论述植保无人机使用光谱遥感实现变量施药的完整技术链路，并给出NDVI阈值划分示例。答案：技术链路：1.遥感采集：采用多光谱相机（红光660nm、近红外840nm）在作物分蘖期航拍，获取0.1m分辨率影像。2.植被指数计算：NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，生成NDVI灰度图。3.处方图生成：根据NDVI直方图，采用K-means聚类将田块分为三级：NDVI<0.3：裸地或重病害，喷量0L/亩；0.3≤NDVI<0.6：长势一般，喷量1L/亩；NDVI≥0.6：长势旺盛，喷量0.5L/亩。4.坐标配准：利用RTK像控点，将NDVI栅格与田块边界矢量配准，生成Shapefile。5.机载变量执行：飞控读取Shapefile，按网格坐标实时调节PWM占空比，驱动蠕动泵，实现1Hz闭环流量更新。6.作业验证：采用差分GPS记录