觀水天一線 行致研之路
——記哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青年教師張磊

□ 宋 潔

張磊

何為國家強(qiáng)盛之基？唯有科技。何為民族進(jìn)步之魂？也只有創(chuàng)新才稱得上。2017年在慶祝祖國生日之際，“創(chuàng)科博覽2017”—中華文明與科技創(chuàng)新展在香港舉行，從驚艷亮相的可測量天體坐標(biāo)、演示天象的渾天儀，到世界首臺運(yùn)算速度超過十億億次的超級計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”，再到中國首艘航母遼寧艦……這些無一不是科技飛速發(fā)展的象征，民族創(chuàng)新智慧的體現(xiàn)。

展會上，還有一件科技創(chuàng)新展品吸引了眾多參會者的目光，那就是由哈爾濱工程大學(xué)承研的原國家“863”項(xiàng)目“天行一號”水面無人艇模型。而當(dāng)我們在感嘆“天行一號”在海洋局、海事局、海警巡邏等多個(gè)領(lǐng)域里的巨大作用時(shí)，其實(shí)更應(yīng)該感謝在它背后默默付出的幕后英雄們。

哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院副教授、水下機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水面無人艇研發(fā)中心主任張磊正是其中一位，2011年從哈爾濱工程大學(xué)博士畢業(yè)到加入水面無人艇研究團(tuán)隊(duì)以來，他一直從事海洋無人航行器設(shè)計(jì)、仿真和控制技術(shù)的研究，承擔(dān)了多個(gè)有關(guān)海洋無人航行器項(xiàng)目的研究，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為推動我國水面無人航行器的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

傾心海洋 致力“天行”

張磊與海洋無人航行器的淵源由來已久。

早在攻讀博士和從事博士后工作期間，他就作為主要技術(shù)負(fù)責(zé)人參與到“某水下機(jī)器人的自主智能控制技術(shù)”和“水面某技術(shù)”項(xiàng)目的研究中，并在原國防“973”項(xiàng)目“水面某平臺基礎(chǔ)研究”中，負(fù)責(zé)水面無人平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)、自主控制和系統(tǒng)仿真等研究。

在原國防“973”計(jì)劃項(xiàng)目中，張磊以自主控制技術(shù)為切入點(diǎn)，先后經(jīng)歷長達(dá)6個(gè)月的外場試驗(yàn)，最終突破了顛簸環(huán)境中無人滑行艇難以精確控制的問題。在海裝“十二五”預(yù)研項(xiàng)目中，他再次沖鋒在前，帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年技術(shù)攻關(guān)，于2013年完成了遙控集成技術(shù)的驗(yàn)收。

2014年，張磊迎來了與“天行一號”親密接觸的機(jī)會，為了這艘目前國內(nèi)最先進(jìn)的水面無人艇的研制，張磊勇敢擔(dān)起重?fù)?dān)，帶領(lǐng)哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)，與原“973”技術(shù)首席專家蘇玉民教授共同承擔(dān)海洋技術(shù)領(lǐng)域原“863”計(jì)劃課題“遠(yuǎn)程快速無人艇自主監(jiān)測系統(tǒng)”，開啟了我國無人艇自主監(jiān)測系統(tǒng)的研制之旅。

為了盡快研制成功具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的無人艇自主監(jiān)測系統(tǒng)，張磊與課題組成員集中“火力”，重點(diǎn)攻堅(jiān)，相繼突破了“復(fù)雜動態(tài)環(huán)境中的自主控制技術(shù)”、“強(qiáng)干擾條件下自主環(huán)境認(rèn)知技術(shù)”和“任務(wù)驅(qū)動的模塊化集成技術(shù)”等一系列技術(shù)難點(diǎn)。在完成構(gòu)建控制分系統(tǒng)、環(huán)境感知分系統(tǒng)和自主決策分系統(tǒng)后，又完成了“天行一號”無人系統(tǒng)部分的集成和調(diào)試工作。

但一路走來，張磊的攻關(guān)之路并不容易，在進(jìn)行技術(shù)集成時(shí)他就遇到了難題。當(dāng)時(shí)，由于采購的進(jìn)口主機(jī)控制接口遭到技術(shù)封鎖，研究狀況一度陷入僵局。但課題組并沒有坐以待斃，他們一面廣泛搜集資料，努力鉆研，反復(fù)試驗(yàn)；一面又輾轉(zhuǎn)深圳、珠海、廣州、上海、北京等多地，努力與主機(jī)代理商、零部件供應(yīng)商進(jìn)行溝通。在經(jīng)歷了極其煎熬的兩個(gè)月后，這一問題終于得到成功解決，實(shí)現(xiàn)了“天行一號”的自主駕控功能。

3年攻關(guān)期間，整個(gè)團(tuán)隊(duì)常年離家海試，但沒有一個(gè)人叫苦喊累，他們不厭其煩不辭辛勞地往返于深圳和大連海域，開展了大量的海上試驗(yàn)。2017年9月27日—28日，“遠(yuǎn)程快速無人艇自主監(jiān)測系統(tǒng)”在大連旅順新港附近海域順利完成了總體集成并通過了測速、加速、慣性、回轉(zhuǎn)、續(xù)航力以及自主航行、高速自主航行、自主危險(xiǎn)規(guī)避等一系列海上驗(yàn)收測試。成功的那一刻，張磊和團(tuán)隊(duì)成員才終于舒了一口氣。

他們建成的“天行一號”無人艇，全長12.2米，配有油電混合動力系統(tǒng)，具有手操、遙控、半自主、全自主4種工作模式，可自主完成海洋水文氣象信息監(jiān)測、海底地形地貌掃描測繪、首末端觀測等多種任務(wù)。值得一提的是，“天行一號”帶有的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)航跡的高精度跟蹤；環(huán)境認(rèn)知系統(tǒng)也有“秘密武器”，采用了先進(jìn)的目標(biāo)檢測識別算法與實(shí)時(shí)建模技術(shù)相結(jié)合，可對雷達(dá)、可見光、紅外等多種傳感器獲取的環(huán)境目標(biāo)信息進(jìn)行快速融合處理，并形成對周圍環(huán)境信息的準(zhǔn)確認(rèn)知。

心向團(tuán)隊(duì) 共同進(jìn)退

海試隊(duì)伍

無論走多遠(yuǎn)，張磊從未忘記自己為什么出發(fā)，多年來，他始終都堅(jiān)守著初心，不曾放下對海洋無人航行器研究的責(zé)任，而之所以能夠在該研究領(lǐng)域里潛心多年，除了難忘的初心，還離不開哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)對他的支持。

博士一畢業(yè)，張磊就留在哈爾濱工程大學(xué)任教，并加入了水面無人艇研究團(tuán)隊(duì)開展與無人艇相關(guān)的控制技術(shù)的研究工作。從最初只是協(xié)助蘇玉民教授工作，到如今成為該方向的青年學(xué)術(shù)帶頭人，除了在科研上兢兢業(yè)業(yè)，團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面，張磊也不甘示弱。

無人艇研制成功的背后，是張磊與團(tuán)隊(duì)用不懈的努力與堅(jiān)持換來的。2011年張磊剛加入研究團(tuán)隊(duì)時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)只有十幾個(gè)人，他帶領(lǐng)著這支十幾個(gè)人的團(tuán)隊(duì)先后輾轉(zhuǎn)威海、葫蘆島、龍鳳山水庫、青島、深圳、大連等地開展外場試驗(yàn)，其中在2016年和2017年分別開展了9個(gè)月和8個(gè)月的海上試驗(yàn)。就這樣，在一次次的鍛煉與磨合下，這支歷經(jīng)多年風(fēng)霜雨雪的團(tuán)隊(duì)，在張磊的帶領(lǐng)下成長為一支以水面無人艇關(guān)鍵技術(shù)為核心，在海上大展英姿的優(yōu)秀科研隊(duì)伍。

繁重的科研工作之外，張磊還不忘加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在無人艇學(xué)術(shù)方向上的建設(shè)與對外交流。自“十二五”以來，他已經(jīng)陸續(xù)協(xié)助海軍機(jī)關(guān)撰寫了多項(xiàng)與無人艇技術(shù)相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展路線圖，并積極參與各類研討會，不僅仔細(xì)梳理了技術(shù)譜系和技術(shù)指標(biāo)體系，還對水下無人攻防體系進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃。

在張磊與團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，無人艇團(tuán)隊(duì)在國際上的影響力逐步提升。2015年，作為國內(nèi)唯一一個(gè)被美國無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)會（AUVSI）邀請的單位，哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)參加Maritime RobotX Challenge（海事機(jī)器人挑戰(zhàn)賽）國際比賽，并獲贈了一艘價(jià)值7萬多美元的參賽小艇。據(jù)悉，張磊已經(jīng)組建好比賽隊(duì)伍且完成了參賽作品的集成，目前正在開展初步的湖試，計(jì)劃將于今年12月赴夏威夷參賽。與此同時(shí)，張磊還受邀擔(dān)任中國電子學(xué)會舉辦的（中國）無人船公開賽評委，參與籌辦中國造船工程學(xué)會舉辦的首屆無人艇挑戰(zhàn)賽以及相關(guān)的論壇會議工作。

科研征程道阻且長，張磊正積極地在推進(jìn)無人艇技術(shù)進(jìn)步與交流的道路上不斷前行，從未懈怠。