仰望藍(lán)天 心悅飛翔
——記北京理工大學(xué)宇航學(xué)院王佳楠

宋 潔

王佳楠

從1783年蒙哥爾費(fèi)發(fā)明熱氣球到1903年萊特兄弟發(fā)明第一架飛機(jī)，人們從未停止過對(duì)飛行的探索。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，飛行器控制技術(shù)的應(yīng)用方向也更加高端。無(wú)論是從事軍事任務(wù)還是載人航天，飛行技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家科技水平和綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)。因此，一代代科學(xué)家埋頭苦干，為提升綜合國(guó)力而不懈奮斗。北京理工大學(xué)宇航學(xué)院王佳楠就是眾多奉獻(xiàn)者之一。

腳踏實(shí)地求學(xué)

王佳楠做事縝密，凡事喜歡從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，因此行事有種水到渠成的自然。本科時(shí)，王佳楠就讀于北京交通大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，后來(lái)保研到北京理工大學(xué)，開啟飛行器控制研究生涯。碩士在讀期間，他逐漸認(rèn)清領(lǐng)域發(fā)展局限——“國(guó)內(nèi)的研究水平與國(guó)外還有較大差距，尤其原始創(chuàng)新能力不足，多數(shù)研究處于跟跑狀態(tài)，很難做出重大成果。”基于此，在碩士第二年，他果斷決定出國(guó)，并開始為此做準(zhǔn)備。經(jīng)過兩年的不懈努力，他最后以全額獎(jiǎng)學(xué)金獲得者的身份，趕赴美國(guó)密西西比州立大學(xué)攻讀博士學(xué)位。

在博士入學(xué)的第一次組會(huì)上，王佳楠的博士生導(dǎo)師給了3個(gè)研究方向供他選擇。在仔細(xì)分析后他發(fā)現(xiàn)，研究中兩個(gè)為傳統(tǒng)控制方向，另一個(gè)為創(chuàng)新方向。對(duì)于一個(gè)渴望培養(yǎng)創(chuàng)新能力的青年學(xué)者來(lái)說，毫無(wú)疑問，他選擇了后者。

學(xué)校也沒有辜負(fù)王佳楠的期待。在攻讀航空工程博士期間，老師對(duì)課程講授以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)非常重視。值得一提的是，國(guó)外課程時(shí)間與國(guó)內(nèi)相差不大，然而內(nèi)容極其豐富，作業(yè)形式也很多樣，每個(gè)作業(yè)都需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間才能完成，而且都是非常綜合的設(shè)計(jì)類題目，這對(duì)于學(xué)生的科研創(chuàng)新能力是很好的鍛煉。王佳楠也沒有辜負(fù)難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，在讀博期間，他認(rèn)真?zhèn)湔n，全心投入研究，對(duì)于作業(yè)從不馬虎，雖然有時(shí)候遇到難題時(shí)解決過程會(huì)比較坎坷，但他從來(lái)都超額完成，不浪費(fèi)任何一次能力鍛煉的機(jī)會(huì)。身在國(guó)外，有時(shí)候難免會(huì)碰到很多大大小小的煩惱，但他一概置之不理，只是一邊適應(yīng)環(huán)境，一邊全身心學(xué)習(xí)。有道是，天道酬勤。在無(wú)數(shù)個(gè)全力以赴的日夜后，王佳楠收到了汗水澆灌出的花朵。他興奮地說，“我本人有一項(xiàng)研究，就是在以前的一次作業(yè)基礎(chǔ)上，做了進(jìn)一步完善，最終完成了一篇領(lǐng)域頂級(jí)期刊的論文?！?/p>

從了解飛行器的概念到在頂級(jí)期刊發(fā)表論文，王佳楠在科研道路上實(shí)現(xiàn)了從0到1的飛躍。

博士畢業(yè)前一年，因?yàn)椴粷M足于自己的研究經(jīng)歷，畢業(yè)后，王佳楠又開始了兩段博士后研究生涯。在美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)電子工程學(xué)院，王佳楠主要開展非線性系統(tǒng)的協(xié)同控制研究及拓展其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。工作期間，他發(fā)表期刊論文2篇，會(huì)議論文2篇，并逐步認(rèn)識(shí)到協(xié)同控制的潛在應(yīng)用潛力；在英國(guó)曼徹斯特大學(xué)，他又開展魯棒協(xié)同控制研究，為飛行器集群系統(tǒng)添加對(duì)于擾動(dòng)及模型不確定的鎮(zhèn)定能力。期間他發(fā)表控制理論頂級(jí)期刊IEEE Transactions on Automatic Control及Automatica兩篇，進(jìn)一步加強(qiáng)自身的理論研究水平。至此，通過多年的學(xué)習(xí)和探索，王佳楠已經(jīng)完成了全部的科研積淀。從未經(jīng)風(fēng)雨的小樹到獨(dú)當(dāng)一面的參天大樹，王佳楠走了整整9年。

耐心刻苦研發(fā)

回國(guó)后，王佳楠選擇回到北京理工大學(xué)繼續(xù)開展飛行器控制相關(guān)教學(xué)和科研工作。之后，他在科研的道路上一路狂奔。先是掌握了旋翼無(wú)人機(jī)集群及固定翼無(wú)人機(jī)集群相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，而后又在此技術(shù)基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步拓展導(dǎo)彈相關(guān)協(xié)同探測(cè)與制導(dǎo)技術(shù)研究，不斷輸出學(xué)科實(shí)力，為國(guó)防及民事領(lǐng)域做貢獻(xiàn)。

王佳楠的研究主要從多飛行器集群系統(tǒng)協(xié)同控制理論及應(yīng)用層面開展：多飛行器集群系統(tǒng)協(xié)同控制理論方向興起于21世紀(jì)初，當(dāng)前處于國(guó)際熱點(diǎn)前沿，主要研究多架無(wú)人機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成的集群系統(tǒng)相關(guān)控制問題，通過與通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的交叉來(lái)拓展控制理論的范疇；而多飛行器集群系統(tǒng)應(yīng)用研究是通過理論算法實(shí)現(xiàn)群體協(xié)同行為，從而更高效地完成協(xié)同定位、編隊(duì)飛行及同步打擊等具體任務(wù)，來(lái)彌補(bǔ)單體系統(tǒng)覆蓋面積、探測(cè)精度等方面的不足。

為了進(jìn)行全面細(xì)致的研究，王佳楠獲得了軍民領(lǐng)域多個(gè)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目支持，大體可分為兩類：以理論研究為主的項(xiàng)目，包括國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、面上、青年項(xiàng)目等，主要研究多飛行器協(xié)同控制算法設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性證明、最優(yōu)、魯棒特性保證等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多飛行器系統(tǒng)飛得“穩(wěn)”、看得“全”；以應(yīng)用研究為主的項(xiàng)目，包括軍口預(yù)研項(xiàng)目、技術(shù)領(lǐng)域基金等，主要研究一致性濾波算法、時(shí)空約束下的協(xié)同制導(dǎo)算法設(shè)計(jì)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多飛行器系統(tǒng)看得“準(zhǔn)”、打得“狠”。

那如何才能實(shí)現(xiàn)多飛行器系統(tǒng)“看得全”呢？

為彌補(bǔ)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的局限，王佳楠及團(tuán)隊(duì)開展了多無(wú)人機(jī)智能自主監(jiān)控系統(tǒng)面上項(xiàng)目研究。沿著多無(wú)人機(jī)智能自主監(jiān)控系統(tǒng)中的編隊(duì)控制和圖像拼接兩條主線開展深入交叉研究，通過對(duì)旋翼無(wú)人機(jī)建模研究，探索旋翼無(wú)人機(jī)分布式高精度編隊(duì)控制算法及自主避障，揭示多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)群體智能核心機(jī)制，為智能監(jiān)控系統(tǒng)集群性提供理論指導(dǎo)；研究多無(wú)人機(jī)多視場(chǎng)圖像相關(guān)特性，提出基于時(shí)空重疊性的高效圖像拼接算法，結(jié)合多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)，提出分布式分層局部拼接架構(gòu)，為智能監(jiān)控系統(tǒng)自主性提供技術(shù)支撐；研究控制與圖像的密切關(guān)系，將二者有機(jī)結(jié)合形成反饋閉環(huán)，充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，為智能監(jiān)控系統(tǒng)智能性打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

值得一提的是，國(guó)外針對(duì)多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)研究起步較早，近幾年已經(jīng)陸續(xù)涌現(xiàn)多個(gè)集群項(xiàng)目，而國(guó)內(nèi)對(duì)于多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的研究還主要處于理論層面，雖然取得了豐富的研究成果，但在工程中公開展示的集群飛行試驗(yàn)基本采用離線規(guī)劃，并沒有體現(xiàn)真正意義上的協(xié)同。因此王佳楠也期待項(xiàng)目能充分發(fā)掘控制理論及計(jì)算機(jī)視覺交叉領(lǐng)域的潛力，為今后多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的高速發(fā)展奠定基礎(chǔ)，從而占據(jù)國(guó)際競(jìng)相爭(zhēng)奪的科技戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

除了科研工作，王佳楠還擔(dān)負(fù)著教學(xué)任務(wù)。目前王佳楠講授的課程包括本科生全英文課程和研究生全英文課程。作為一名年輕教師，王佳楠認(rèn)為“教師的主要職責(zé)為立德樹人”。他表示，立德包括多個(gè)方面，首先最為重要的是品德，為學(xué)生樹立一個(gè)品德標(biāo)桿，知道有所為有所不為，這樣才能行得正、坐得端；其次為學(xué)識(shí)，為人師者，先要積累足夠的知識(shí)，達(dá)到一定程度才能匯聚成為學(xué)識(shí)，具備師者的必要條件；再次為虛心，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著學(xué)科交叉逐步深入，知識(shí)的更新速度大大提升，作為老師要時(shí)刻保持虛心學(xué)習(xí)的態(tài)度，不斷更新自己的知識(shí)積累，勇于承認(rèn)自身的不足，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)積極向上的良好氛圍。

部分著作

繁重的科研任務(wù)和教學(xué)重?fù)?dān)，讓王佳楠頻繁處于“8—10—7”（編者注：早8點(diǎn)，晚10點(diǎn)，一周7天）的滿負(fù)荷工作狀態(tài)。他笑著說，“很多人認(rèn)為高校老師每周上兩節(jié)課，不用坐班打卡，還有寒暑假，工作穩(wěn)定安逸，其實(shí)這都是誤解”。但好在無(wú)論面對(duì)多大的壓力，王佳楠都能從容克服。“放下所有的事情，抽出時(shí)間踢一場(chǎng)足球，暢快出一身汗，就能以更飽滿的精神迎接未來(lái)挑戰(zhàn)?！蓖跫验獦酚^地說。

目前，王佳楠及團(tuán)隊(duì)正在開展協(xié)同探測(cè)、制導(dǎo)與控制相關(guān)研究，成果已進(jìn)入應(yīng)用層面，下一步他們將開展群體智能及仿真相關(guān)工作研究。王佳楠表示：“未來(lái)將圍繞多飛行器系統(tǒng)，從頂層決策、中層規(guī)劃、底層執(zhí)行層面開展全方位研究，力爭(zhēng)推進(jìn)多飛行器集群系統(tǒng)應(yīng)用落地，實(shí)現(xiàn)軍事裝備跨越式發(fā)展，為國(guó)家國(guó)防事業(yè)貢獻(xiàn)力量，保衛(wèi)人民安全?！?/p>