觀水天一線 行致研之路
——記哈爾濱工程大學水下機器人技術重點實驗室青年教師張磊

□ 宋 潔

張磊

何為國家強盛之基？唯有科技。何為民族進步之魂？也只有創新才稱得上。2017年在慶祝祖國生日之際，“創科博覽2017”—中華文明與科技創新展在香港舉行，從驚艷亮相的可測量天體坐標、演示天象的渾天儀，到世界首臺運算速度超過十億億次的超級計算機“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展的象征，民族創新智慧的體現。

展會上，還有一件科技創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承研的原國家“863”項目“天行一號”水面無人艇模型。而當我們在感嘆“天行一號”在海洋局、海事局、海警巡邏等多個領域里的巨大作用時，其實更應該感謝在它背后默默付出的幕后英雄們。

哈爾濱工程大學船舶工程學院副教授、水下機器人技術重點實驗室水面無人艇研發中心主任張磊正是其中一位，2011年從哈爾濱工程大學博士畢業到加入水面無人艇研究團隊以來，他一直從事海洋無人航行器設計、仿真和控制技術的研究，承擔了多個有關海洋無人航行器項目的研究，并帶領團隊為推動我國水面無人航行器的發展做出了突出貢獻。

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，他就作為主要技術負責人參與到“某水下機器人的自主智能控制技術”和“水面某技術”項目的研究中，并在原國防“973”項目“水面某平臺基礎研究”中，負責水面無人平臺控制系統的設計開發、自主控制和系統仿真等研究。

在原國防“973”計劃項目中，張磊以自主控制技術為切入點，先后經歷長達6個月的外場試驗，最終突破了顛簸環境中無人滑行艇難以精確控制的問題。在海裝“十二五”預研項目中，他再次沖鋒在前，帶領研究團隊歷時3年技術攻關，于2013年完成了遙控集成技術的驗收。

2014年，張磊迎來了與“天行一號”親密接觸的機會，為了這艘目前國內最先進的水面無人艇的研制，張磊勇敢擔起重擔，帶領哈爾濱工程大學水下機器人重點實驗室科研團隊，與原“973”技術首席專家蘇玉民教授共同承擔海洋技術領域原“863”計劃課題“遠程快速無人艇自主監測系統”，開啟了我國無人艇自主監測系統的研制之旅。

為了盡快研制成功具有我國自主知識產權的無人艇自主監測系統，張磊與課題組成員集中“火力”，重點攻堅，相繼突破了“復雜動態環境中的自主控制技術”、“強干擾條件下自主環境認知技術”和“任務驅動的模塊化集成技術”等一系列技術難點。在完成構建控制分系統、環境感知分系統和自主決策分系統后，又完成了“天行一號”無人系統部分的集成和調試工作。

但一路走來，張磊的攻關之路并不容易，在進行技術集成時他就遇到了難題。當時，由于采購的進口主機控制接口遭到技術封鎖，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，反復試驗；一面又輾轉深圳、珠海、廣州、上海、北京等多地，努力與主機代理商、零部件供應商進行溝通。在經歷了極其煎熬的兩個月后，這一問題終于得到成功解決，實現了“天行一號”的自主駕控功能。

3年攻關期間，整個團隊常年離家海試，但沒有一個人叫苦喊累，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。2017年9月27日—28日，“遠程快速無人艇自主監測系統”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、續航力以及自主航行、高速自主航行、自主危險規避等一系列海上驗收測試。成功的那一刻，張磊和團隊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，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測、海底地形地貌掃描測繪、首末端觀測等多種任務。值得一提的是，“天行一號”帶有的控制系統可實現對目標航跡的高精度跟蹤；環境認知系統也有“秘密武器”，采用了先進的目標檢測識別算法與實時建模技術相結合，可對雷達、可見光、紅外等多種傳感器獲取的環境目標信息進行快速融合處理，并形成對周圍環境信息的準確認知。

心向團隊 共同進退

海試隊伍

無論走多遠，張磊從未忘記自己為什么出發，多年來，他始終都堅守著初心，不曾放下對海洋無人航行器研究的責任，而之所以能夠在該研究領域里潛心多年，除了難忘的初心，還離不開哈爾濱工程大學水下機器人重點實驗室科研團隊對他的支持。

博士一畢業，張磊就留在哈爾濱工程大學任教，并加入了水面無人艇研究團隊開展與無人艇相關的控制技術的研究工作。從最初只是協助蘇玉民教授工作，到如今成為該方向的青年學術帶頭人，除了在科研上兢兢業業，團隊建設方面，張磊也不甘示弱。

無人艇研制成功的背后，是張磊與團隊用不懈的努力與堅持換來的。2011年張磊剛加入研究團隊時，整個團隊只有十幾個人，他帶領著這支十幾個人的團隊先后輾轉威海、葫蘆島、龍鳳山水庫、青島、深圳、大連等地開展外場試驗，其中在2016年和2017年分別開展了9個月和8個月的海上試驗。就這樣，在一次次的鍛煉與磨合下，這支歷經多年風霜雨雪的團隊，在張磊的帶領下成長為一支以水面無人艇關鍵技術為核心，在海上大展英姿的優秀科研隊伍。

繁重的科研工作之外，張磊還不忘加強團隊在無人艇學術方向上的建設與對外交流。自“十二五”以來，他已經陸續協助海軍機關撰寫了多項與無人艇技術相關的發展規劃和發展路線圖，并積極參與各類研討會，不僅仔細梳理了技術譜系和技術指標體系，還對水下無人攻防體系進行了詳細的規劃。

在張磊與團隊成員的共同努力下，無人艇團隊在國際上的影響力逐步提升。2015年，作為國內唯一一個被美國無人機系統協會（AUVSI）邀請的單位，哈爾濱工程大學水下機器人重點實驗室科研團隊參加Maritime RobotX Challenge（海事機器人挑戰賽）國際比賽，并獲贈了一艘價值7萬多美元的參賽小艇。據悉，張磊已經組建好比賽隊伍且完成了參賽作品的集成，目前正在開展初步的湖試，計劃將于今年12月赴夏威夷參賽。與此同時，張磊還受邀擔任中國電子學會舉辦的（中國）無人船公開賽評委，參與籌辦中國造船工程學會舉辦的首屆無人艇挑戰賽以及相關的論壇會議工作。

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