仰望藍天 心悅飛翔
——記北京理工大學宇航學院王佳楠

宋 潔

王佳楠

從1783年蒙哥爾費發明熱氣球到1903年萊特兄弟發明第一架飛機，人們從未停止過對飛行的探索。近年來，隨著科技的發展，飛行器控制技術的應用方向也更加高端。無論是從事軍事任務還是載人航天，飛行技術已經成為一個國家科技水平和綜合國力的重要體現。因此，一代代科學家埋頭苦干，為提升綜合國力而不懈奮斗。北京理工大學宇航學院王佳楠就是眾多奉獻者之一。

腳踏實地求學

王佳楠做事縝密，凡事喜歡從長遠考慮，因此行事有種水到渠成的自然。本科時，王佳楠就讀于北京交通大學電氣工程及自動化專業，后來保研到北京理工大學，開啟飛行器控制研究生涯。碩士在讀期間，他逐漸認清領域發展局限——“國內的研究水平與國外還有較大差距，尤其原始創新能力不足，多數研究處于跟跑狀態，很難做出重大成果。”基于此，在碩士第二年，他果斷決定出國，并開始為此做準備。經過兩年的不懈努力，他最后以全額獎學金獲得者的身份，趕赴美國密西西比州立大學攻讀博士學位。

在博士入學的第一次組會上，王佳楠的博士生導師給了3個研究方向供他選擇。在仔細分析后他發現，研究中兩個為傳統控制方向，另一個為創新方向。對于一個渴望培養創新能力的青年學者來說，毫無疑問，他選擇了后者。

學校也沒有辜負王佳楠的期待。在攻讀航空工程博士期間，老師對課程講授以及創新能力的培養非常重視。值得一提的是，國外課程時間與國內相差不大，然而內容極其豐富，作業形式也很多樣，每個作業都需要花費很長時間才能完成，而且都是非常綜合的設計類題目，這對于學生的科研創新能力是很好的鍛煉。王佳楠也沒有辜負難得的學習機會，在讀博期間，他認真備課，全心投入研究，對于作業從不馬虎，雖然有時候遇到難題時解決過程會比較坎坷，但他從來都超額完成，不浪費任何一次能力鍛煉的機會。身在國外，有時候難免會碰到很多大大小小的煩惱，但他一概置之不理，只是一邊適應環境，一邊全身心學習。有道是，天道酬勤。在無數個全力以赴的日夜后，王佳楠收到了汗水澆灌出的花朵。他興奮地說，“我本人有一項研究，就是在以前的一次作業基礎上，做了進一步完善，最終完成了一篇領域頂級期刊的論文。”

從了解飛行器的概念到在頂級期刊發表論文，王佳楠在科研道路上實現了從0到1的飛躍。

博士畢業前一年，因為不滿足于自己的研究經歷，畢業后，王佳楠又開始了兩段博士后研究生涯。在美國中佛羅里達大學電子工程學院，王佳楠主要開展非線性系統的協同控制研究及拓展其在智能電網中的應用。工作期間，他發表期刊論文2篇，會議論文2篇，并逐步認識到協同控制的潛在應用潛力；在英國曼徹斯特大學，他又開展魯棒協同控制研究，為飛行器集群系統添加對于擾動及模型不確定的鎮定能力。期間他發表控制理論頂級期刊IEEE Transactions on Automatic Control及Automatica兩篇，進一步加強自身的理論研究水平。至此，通過多年的學習和探索，王佳楠已經完成了全部的科研積淀。從未經風雨的小樹到獨當一面的參天大樹，王佳楠走了整整9年。

耐心刻苦研發

回國后，王佳楠選擇回到北京理工大學繼續開展飛行器控制相關教學和科研工作。之后，他在科研的道路上一路狂奔。先是掌握了旋翼無人機集群及固定翼無人機集群相關關鍵技術，而后又在此技術基礎之上，進一步拓展導彈相關協同探測與制導技術研究，不斷輸出學科實力，為國防及民事領域做貢獻。

王佳楠的研究主要從多飛行器集群系統協同控制理論及應用層面開展：多飛行器集群系統協同控制理論方向興起于21世紀初，當前處于國際熱點前沿，主要研究多架無人機聯網組成的集群系統相關控制問題，通過與通信、計算機領域的交叉來拓展控制理論的范疇；而多飛行器集群系統應用研究是通過理論算法實現群體協同行為，從而更高效地完成協同定位、編隊飛行及同步打擊等具體任務，來彌補單體系統覆蓋面積、探測精度等方面的不足。

為了進行全面細致的研究，王佳楠獲得了軍民領域多個國家級項目支持，大體可分為兩類：以理論研究為主的項目，包括國家自然科學基金重點、面上、青年項目等，主要研究多飛行器協同控制算法設計、穩定性證明、最優、魯棒特性保證等內容，實現多飛行器系統飛得“穩”、看得“全”；以應用研究為主的項目，包括軍口預研項目、技術領域基金等，主要研究一致性濾波算法、時空約束下的協同制導算法設計等內容，實現多飛行器系統看得“準”、打得“狠”。

那如何才能實現多飛行器系統“看得全”呢？

為彌補無人機系統的局限，王佳楠及團隊開展了多無人機智能自主監控系統面上項目研究。沿著多無人機智能自主監控系統中的編隊控制和圖像拼接兩條主線開展深入交叉研究，通過對旋翼無人機建模研究，探索旋翼無人機分布式高精度編隊控制算法及自主避障，揭示多無人機系統群體智能核心機制，為智能監控系統集群性提供理論指導；研究多無人機多視場圖像相關特性，提出基于時空重疊性的高效圖像拼接算法，結合多無人機系統特點，提出分布式分層局部拼接架構，為智能監控系統自主性提供技術支撐；研究控制與圖像的密切關系，將二者有機結合形成反饋閉環，充分發揮無人機的優勢，為智能監控系統智能性打下堅實基礎。

值得一提的是，國外針對多無人機系統研究起步較早，近幾年已經陸續涌現多個集群項目，而國內對于多無人機系統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基本采用離線規劃，并沒有體現真正意義上的協同。因此王佳楠也期待項目能充分發掘控制理論及計算機視覺交叉領域的潛力，為今后多無人機系統的高速發展奠定基礎，從而占據國際競相爭奪的科技戰略制高點。

除了科研工作，王佳楠還擔負著教學任務。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，王佳楠認為“教師的主要職責為立德樹人”。他表示，立德包括多個方面，首先最為重要的是品德，為學生樹立一個品德標桿，知道有所為有所不為，這樣才能行得正、坐得端；其次為學識，為人師者，先要積累足夠的知識，達到一定程度才能匯聚成為學識，具備師者的必要條件；再次為虛心，進入21世紀以來，隨著學科交叉逐步深入，知識的更新速度大大提升，作為老師要時刻保持虛心學習的態度，不斷更新自己的知識積累，勇于承認自身的不足，為學生創造一個積極向上的良好氛圍。

部分著作

繁重的科研任務和教學重擔，讓王佳楠頻繁處于“8—10—7”（編者注：早8點，晚10點，一周7天）的滿負荷工作狀態。他笑著說，“很多人認為高校老師每周上兩節課，不用坐班打卡，還有寒暑假，工作穩定安逸，其實這都是誤解”。但好在無論面對多大的壓力，王佳楠都能從容克服。“放下所有的事情，抽出時間踢一場足球，暢快出一身汗，就能以更飽滿的精神迎接未來挑戰。”王佳楠樂觀地說。

目前，王佳楠及團隊正在開展協同探測、制導與控制相關研究，成果已進入應用層面，下一步他們將開展群體智能及仿真相關工作研究。王佳楠表示：“未來將圍繞多飛行器系統，從頂層決策、中層規劃、底層執行層面開展全方位研究，力爭推進多飛行器集群系統應用落地，實現軍事裝備跨越式發展，為國家國防事業貢獻力量，保衛人民安全?！?/p>