2025年無人機(jī)駕駛員職業(yè)技能考核試卷：無人機(jī)編程與控制技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.在無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)中，以下哪個(gè)傳感器主要用于測量無人機(jī)的角速度？A.氣壓計(jì)B.GPS接收器C.慣性測量單元（IMU）D.攝像頭2.以下哪種編程語言常用于編寫嵌入式系統(tǒng)軟件，包括部分無人機(jī)的飛控固件？A.PythonB.JavaC.C/C++D.JavaScript3.無人機(jī)進(jìn)行自主導(dǎo)航時(shí)，路徑規(guī)劃算法的核心目標(biāo)通常不包括：A.航線最短B.航行時(shí)間最短C.能耗最低D.飛行高度最高4.在無人機(jī)編程中，使用腳本來控制飛行任務(wù)執(zhí)行，以下哪個(gè)操作通常不屬于腳本的基本功能？A.設(shè)置目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)B.調(diào)整飛行速度C.修改無人機(jī)材質(zhì)D.定義返航條件5.若無人機(jī)在飛行中報(bào)告“GPS信號丟失”，飛行員或程序員應(yīng)首先考慮采取哪種措施？（提示：從編程與控制角度）A.立即降落B.啟動(dòng)備用傳感器數(shù)據(jù)融合C.增加音量D.更新飛行模式6.以下哪種調(diào)試方法主要針對代碼中的邏輯錯(cuò)誤或功能缺陷？A.硬件檢測B.信號分析C.單元測試D.飛行測試7.在編寫無人機(jī)自動(dòng)避障腳本時(shí)，若使用“距離傳感器讀數(shù)小于閾值”作為觸發(fā)條件，該閾值應(yīng)如何設(shè)置以平衡避障效率和飛行穩(wěn)定性？A.設(shè)置得盡可能大B.設(shè)置得盡可能小C.根據(jù)飛行速度動(dòng)態(tài)調(diào)整D.固定為一個(gè)與傳感器類型無關(guān)的數(shù)值8.以下哪個(gè)概念描述了無人機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)指令或?qū)崟r(shí)感知信息自主完成指定任務(wù)的能力？A.飛行控制B.任務(wù)規(guī)劃C.數(shù)據(jù)采集D.航線生成9.在使用模擬器進(jìn)行無人機(jī)編程測試時(shí)，以下哪個(gè)優(yōu)勢最為突出？A.實(shí)際飛行收益最大B.能夠模擬極端天氣條件C.成本低，風(fēng)險(xiǎn)小，可重復(fù)測試D.必須使用真實(shí)傳感器數(shù)據(jù)10.無人機(jī)編程中，使用函數(shù)（或子程序）的主要目的是：A.增加代碼行數(shù)B.提高代碼的可讀性和可維護(hù)性C.減少內(nèi)存占用D.僅用于顯示效果二、填空題1.無人機(jī)編程通常涉及與飛行控制板通信，常用的通信協(xié)議包括________和________。2.PID控制器通過調(diào)整三個(gè)參數(shù)——比例（P）、積分（I）和微分（D）——來控制無人機(jī)的________和________。3.編寫無人機(jī)任務(wù)腳本時(shí)，定義一個(gè)飛行航點(diǎn)需要指定其________、________和可選的________。4.無人機(jī)自主飛行任務(wù)規(guī)劃通常包括航路________、障礙物________和任務(wù)執(zhí)行________三個(gè)主要階段。5.調(diào)試無人機(jī)程序時(shí)，如果代碼運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期不符，首先應(yīng)檢查________是否正確，然后檢查________邏輯。6.在使用API控制無人機(jī)時(shí)，發(fā)送指令通常需要包含目標(biāo)設(shè)備（如電機(jī)、云臺）的________和具體的________。7.為了提高無人機(jī)編程代碼的魯棒性，應(yīng)考慮增加________機(jī)制，以便在發(fā)生意外時(shí)進(jìn)行安全處理。8.讀取傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理是無人機(jī)編程中的常見任務(wù)，例如，融合________和________數(shù)據(jù)可以得到更精確的無人機(jī)位置信息。9.無人機(jī)編程中，變量的作用域決定了該變量在________中可見和可被訪問。10.完成一項(xiàng)復(fù)雜的無人機(jī)自動(dòng)拍攝任務(wù)，其編程實(shí)現(xiàn)可能需要涉及________調(diào)度、云臺________控制和圖像傳輸?shù)榷鄠€(gè)模塊。三、簡答題1.請簡述無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的主要組成部分及其基本功能。2.解釋什么是PID控制算法，并說明其在無人機(jī)姿態(tài)控制中的作用。3.在無人機(jī)編程中，編寫一個(gè)簡單的避障功能腳本，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？請列出至少三點(diǎn)。4.描述一下使用腳本語言（如Python）通過地面站（GCS）接口控制無人機(jī)執(zhí)行簡單矩形航線飛行的基本步驟。5.分析在無人機(jī)編程中實(shí)現(xiàn)自主返航功能需要考慮的技術(shù)要點(diǎn)。四、編程題1.閱讀以下偽代碼片段，該代碼段用于控制無人機(jī)沿預(yù)設(shè)航線飛行。請分析該代碼實(shí)現(xiàn)了怎樣的飛行路徑，并指出其中可能存在的至少一個(gè)邏輯問題或潛在風(fēng)險(xiǎn)。```pseudoSETflight_pathTO[PointA,PointB,PointC,PointD]FOReachpointINflight_pathWAITuntildrone.position.is_equal(point.position)IFdrone.sensors.distance_to_obstacle<5THENCALLdrone.action.takeoff()RETURN"Obstacledetectedatstart,abortingmission."ENDIFCALLdrone.action.hover()ENDFORCALLdrone.action.land()```2.假設(shè)你需要編寫一個(gè)函數(shù)`adjust_speed(current_speed,target_speed,max_change_per_step)`，用于在無人機(jī)編程中逐步調(diào)整其飛行速度。該函數(shù)接收當(dāng)前速度、目標(biāo)速度和每一步允許的最大速度變化量作為參數(shù)。請簡要描述該函數(shù)需要實(shí)現(xiàn)的核心邏輯，并說明如何確保無人機(jī)速度平穩(wěn)過渡到目標(biāo)速度。3.編寫一段無人機(jī)編程代碼（使用C/C++或Python偽代碼），實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)接收到特定命令（如"ARM"）時(shí)，無人機(jī)應(yīng)檢查GPS信號強(qiáng)度是否滿足預(yù)設(shè)閾值（例如，信號質(zhì)量因子>6），若滿足則執(zhí)行起飛操作，否則輸出警告信息并保持待命狀態(tài)。五、綜合應(yīng)用題1.某無人機(jī)應(yīng)用場景要求無人機(jī)在進(jìn)入一個(gè)未知但規(guī)則（如網(wǎng)格狀）的障礙物區(qū)域進(jìn)行探測時(shí)，能夠自主規(guī)劃路徑并避開障礙物到達(dá)區(qū)域中心。請結(jié)合無人機(jī)編程與控制技術(shù)，描述實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)可能涉及的關(guān)鍵步驟和技術(shù)選擇，并簡述你將如何編寫相應(yīng)的程序代碼來支持這一過程。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.B6.C7.C8.B9.C10.B二、填空題1.MAVLink,SSH/串口2.俯仰,橫滾3.經(jīng)度,緯度,高度4.規(guī)劃,識別,安排5.算法,邏輯6.ID,指令7.異常處理8.IMU,GPS9.代碼塊10.任務(wù),運(yùn)動(dòng)控制三、簡答題1.無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)主要由飛控硬件（如主控板）、傳感器（IMU、GPS、氣壓計(jì)、磁力計(jì)、視覺傳感器等）、執(zhí)行器（電機(jī)、電調(diào)、云臺）和飛行軟件（固件，含底層驅(qū)動(dòng)、控制算法）組成。其功能是感知無人機(jī)狀態(tài)和外部環(huán)境，根據(jù)預(yù)設(shè)飛行模式或用戶指令計(jì)算控制量，并輸出給執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)姿態(tài)和軌跡的穩(wěn)定控制。2.PID（比例-積分-微分）控制是一種常用的反饋控制算法。在無人機(jī)姿態(tài)控制中，它根據(jù)期望姿態(tài)（如航向、俯仰、橫滾角）與實(shí)際姿態(tài)之間的誤差，計(jì)算出相應(yīng)的控制輸出（如電機(jī)轉(zhuǎn)速差），以快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地修正姿態(tài)偏差。比例項(xiàng)負(fù)責(zé)快速響應(yīng)誤差，積分項(xiàng)負(fù)責(zé)消除穩(wěn)態(tài)誤差，微分項(xiàng)負(fù)責(zé)預(yù)測未來誤差并減少超調(diào)和振蕩。3.編寫避障腳本需考慮：①傳感器選擇與配置（類型、精度、視場角、安裝位置）；②傳感器數(shù)據(jù)融合與處理（去噪、校準(zhǔn)、融合算法）；③避障策略算法（如基于距離的簡單避開、路徑規(guī)劃算法如A*、動(dòng)態(tài)窗口法）；④安全距離與閾值設(shè)定；⑤避障動(dòng)作決策（如轉(zhuǎn)向、減速、懸停、繞行）；⑥人機(jī)交互與告警機(jī)制。4.使用腳本控制無人機(jī)執(zhí)行矩形航線的基本步驟：①選擇合適的腳本語言和地面站接口（如Python配合PX4的SITL或QGroundControl的腳本功能）；②定義航線點(diǎn)坐標(biāo)：起點(diǎn)A(x1,y1,z1)，右點(diǎn)B(x2,y2,z2)，頂點(diǎn)C(x2,y3,z2)，左點(diǎn)D(x1,y3,z2)；③編寫腳本調(diào)用API或使用腳本界面設(shè)置航線點(diǎn)，按順序連接形成矩形；④添加起飛指令；⑤執(zhí)行航線任務(wù)，使無人機(jī)按設(shè)定路徑飛行；⑥（可選）添加降落指令；⑦監(jiān)控飛行過程，處理異常。5.實(shí)現(xiàn)自主返航功能需考慮：①GPS定位精度與信號可靠性；②預(yù)設(shè)返航點(diǎn)（起飛點(diǎn)或指定點(diǎn)）的設(shè)定與存儲(chǔ)；③飛行模式切換邏輯（如從自主飛行切換到返航模式）；④返航速度與高度限制設(shè)置；⑤障礙物檢測與規(guī)避能力（在返航路徑上）；⑥低電量檢測與返航邏輯；⑦與地面站或任務(wù)規(guī)劃的通信交互機(jī)制。四、編程題1.代碼實(shí)現(xiàn)了讓無人機(jī)依次飛往PointA,PointB,PointC,PointD四個(gè)航點(diǎn)，并在到達(dá)每個(gè)航點(diǎn)后懸停。潛在問題/風(fēng)險(xiǎn)：①僅檢查到達(dá)航點(diǎn)位置，未檢查是否穩(wěn)定懸停；②如果障礙物出現(xiàn)在航線中間而非起始點(diǎn)，該腳本無法處理，會(huì)導(dǎo)致任務(wù)失敗并中止；③懸停指令在每個(gè)航點(diǎn)后執(zhí)行，可能導(dǎo)致效率不高或不夠精確；④未考慮GPS漂移或定位誤差對到達(dá)精度的影響。2.函數(shù)`adjust_speed`的核心邏輯：①計(jì)算當(dāng)前速度與目標(biāo)速度的差值`delta_speed=target_speed-current_speed`；②判斷`delta_speed`的絕對值是否大于`max_change_per_step`；③如果大于，則將本次調(diào)整的速度變化量設(shè)為`max_change_per_step`的正負(fù)值（取決于`delta_speed`的符號），即`step_change=sign(delta_speed)*max_change_per_step`；④如果小于或等于，則將`step_change`直接設(shè)為`delta_speed`；⑤更新無人機(jī)的目標(biāo)速度或發(fā)送指令調(diào)整實(shí)際速度為`current_speed+step_change`；⑥（可選）返回新的速度或執(zhí)行結(jié)果。確保平穩(wěn)過渡：通過限制每一步的速度變化量，避免速度突變，使無人機(jī)速度變化更加線性、平滑，逐步接近目標(biāo)速度。3.偽代碼示例：```pythondefarm_drone(command):ifcommand=="ARM":ifdrone.gps.signal_quality>6:print("GPSOK,executingtakeoff.")drone.action.takeoff()else:print("Warning:GPSsignalinsufficientfortakeoff.")else:print("Invalidcommand.")```解析思路：首先判斷接收到的命令是否為"ARM"。若是，則檢查GPS信號質(zhì)量是否滿足閾值（>6）。若滿足，則執(zhí)行起飛操作并輸出成功信息；若不滿足，則輸出警告信息。若接收到的命令不是"ARM"，則輸出無效命令提示。這段代碼實(shí)現(xiàn)了基于命令和條件判斷的簡單自動(dòng)化起飛流程。五、綜合應(yīng)用題實(shí)現(xiàn)未知規(guī)則區(qū)域自主探測避障任務(wù)的關(guān)鍵步驟與技術(shù)選擇：①環(huán)境感知：使用多傳感器（如RGB攝像頭、深度相機(jī)、激光雷達(dá)）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，理解區(qū)域結(jié)構(gòu)和障礙物分布。②路徑規(guī)劃：采用適合網(wǎng)格狀環(huán)境的算法，如A*算法或Dijkstra算法，在已知地圖上規(guī)劃從入口到