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今年暑期，“飞鲨杯”第五届中国研究生未来飞行器创新大赛全国总决赛在厦门大学举行。复旦大学航空航天系艾剑良教授课题组天弩团队入围总决赛。经过三天的激烈角逐，航空航天系级博士生王亮主持的作品《“天弩”察打一体四旋翼无人机系统》取得了大赛一等奖的好成绩。
7月21日，第五届中国研究生未来飞行器创新大赛落下帷幕，航空航天系博士生王亮兴奋地在朋友圈发了一张团队合照：“终于圆满啦！”照片上，他和两个师弟站在大赛宣传板前，手中的证书上写着醒目的三个大字：一等奖。
王亮所带领的天弩团队属于航空航天系艾剑良教授课题组，本次比赛的作品是《“天弩”察打一体四旋翼无人机系统》。从硕士到博士，王亮参加了四届研究生飞行器创新大赛，每次都以“天弩”作为团队名称，而这次，这架凝结着团队心血的无人机终于像它的名字那样，一飞冲天，获得了一等奖。
“天弩”察打一体四旋翼无人机系统，集识别、跟踪、打击功能于一体，设计用于空飘物、低慢小飞行器管制。“天弩”系统设计组成主要分为三部分：目标识别与处理系统、全方位避障系统、底层飞控系统。各分系统协同运行，实时通讯，共同构建完整功能体系。以复杂环境为背景，构建小目标自主识别与跟踪技术。设计了鲁棒性好、可靠性高的目标自主识别与高速跟踪算法。发射装置采用连发火力覆盖设计思想，每秒10次自动校正射击弹道，对目标实施快速有效打击。同时构建以模糊控制为核心的无人机实时避障解决方案，保障飞行安全。
总决赛参赛代表合影（从左至右：张立、王亮、邢振林）
▋天弩成型时间回到9月，王亮刚刚来到复旦，踏入了自己梦寐以求的航空航天系。一次上课，导师艾剑良教授提到，在我国的边境地区，各种气球类型的空飘物让边防官兵十分头疼。这些空飘物用雷达无法探测，想要击落，手持武器又够不着，而使用导弹的成本则过于高昂，因此到现在也没有找到一个很好的办法去管制。艾教授提出开发一种基于视觉的新型察打一体武器系统，实现对空飘物、低慢小目标全自主、高效、低成本管制。从小就有着科研报国梦想的王亮很兴奋，他和同课题组的四位博士生马上开始了探索。他们的设想中，这架名为“天弩”的无人机系统能够自主巡逻，自动识别、追踪目标，并像弩箭一样精准地发射弹药，击毁目标。而想要实现这个目标，还有很多技术难题需要解决。设计高速云台，搭建视觉环境，图像识别追踪......遇到陌生的技术，他们便查阅资料自学。团队中张立负责PID控制，王聪研究图像处理，王之豪提供无人机对抗经验，邢振林擅长机械设计，团队成员各展所长，一点一点完成了概念设计阶段。在项目设计过程中，艾剑良教授全程给予了悉心指导，指出存在的问题，提出改进思路，不断进行点拨。寒假过后，成员们通过工厂定制，3D打印等方式完成了所有硬件的整备工作，逐一安装调试样机终于成型。
室内静态打靶测试
“天弩”察打一体四旋翼无人机
目标跟踪算法测试
▋“风餐露宿”但是令王亮他们没有想到的是，最艰难的过程在后面。5月的上海，天气已经开始炎热起来。每天，团队都要花近两小时驱车到滴水湖，对无人机进行测试。在空旷的野外，几位博士生顶着太阳，不断在各种风向，风速，光照条件下测试无人机系统。“光线强度、角度各种因素都会使图像的呈现出现差异，因此我们必须进行多次调试，这样才能保证整机平台工作环境适应性。”射击精度一直是一个关键问题。开始时，系统被设计为点射模式，即瞄准一个中心点进行每秒15次的快速射击。在风速较大的滴水湖测试时，王亮他们发现，在风的干扰下，弹道会有随机的偏移量。尝试多次，最后成员们优化弹道校正程序，自动给出提前量，同时将射击模式改成了十字型，大大增加了有效覆盖面积，也解决了风偏问题。一个月的野外测试时间里，王亮和师弟们过着“风餐露宿”的生活。饿了匆匆忙忙地啃个面包，累了就瘫在草地上歇一会，然后又马上赶紧调试，一直到天黑才结束测试。现在，实验室里还停着一辆黑色的小推车，这辆小推车装满了宝贵的零件，伴随着他们往返于复旦和滴水湖之间，也见证了他们的作品逐渐打磨完善的过程。
远程登陆“天弩“飞控系统
▋天弩飞天顺利通过初赛后，王亮和师弟们赶赴厦门准备决赛。无人机零件众多，有一个出差错就可能导致全盘皆输。上飞机前，大家小心翼翼地将无人机零件拆分，装箱。没想到，意外还是来临了。就在决赛开始前的晚上，王亮发现无人机出了故障，如果不能解决，第二天的比赛分数降档。几位团队成员赶紧寻找问题，又重新换上备用零件，一阵折腾后终于解决了问题，而此时，已经接近凌晨三点，睡了几个小时，就带着无人机上场了。拿到证书的那一刻，虽然困倦不已，但团队每个人的心中却由衷地满足。包括王亮在内的几位成员，最初本科阶段学习的是电力、机械、力学等不同专业，但出于共同的兴趣和梦想，他们来到了复旦大学艾剑良教授课题组。飞行器大赛为这些博士生们的专利申请，论文发表提供了启发，在王亮看来，“参加比赛就是一个良性循环的过程的，在比赛中应用相关技术后，我们可以在未来的论文中进行更加深入的探索，实现新的突破。”
V1.0样机飞行测试
在“天弩”无人机的介绍短片开头，成员们放入了一个科幻电影片段，一支精锐的特种兵小队使用无人机锁定目标，一击即中。王亮说，他们希望这一技术成为现实，总有一天，自己的所学能够应用到我国的国防军事领域，真正实现科研报国的梦想。
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撰稿❐张榕潇
编辑❐林之玉
天弩飞天 科研报国 | 我校航空航天系团队在第五届中国研究生未来飞行器创新大赛获得一等奖！
