心覆苍穹 “智”图未来——中国试飞院院士工作站及飞行试验测试航空科技重点实验室巡礼

作为飞行试验工程的核心能力之一,飞行试验测试紧跟全球试验测试前沿技术,在机载网络化综合测试技术、试飞测试专用传感技术、高动态光电测量技术、空地一体化遥测监控技术以及海量数据管理与分析技术等五大领域取得了重大突破。该专业的成熟与发展,对于航空科技强、航空工业强,以及军民用航空产品的跨代发展具有极其重要的支撑作用。此外,飞行试验测试技术溢出效应明显,可有效应用于国防建设和国民经济建设领域。

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“十三五”期间,中国试飞院聚焦“航空强国”,锚定“国家级的定型和鉴定平台、创新性技术的演示验证平台、全国防行业的服务性平台”建设,通过构建院士工作站、飞行试验测试航空科技重点实验室等实践途经,在“打造高端智库,为试飞测试技术发展提供战略决策咨询和技术指导”“加强高层次学术交流,凝练专业方向,提升专业影响力”“促进跨单位协同创新和联合攻关,产出具有自主知识产权的科技成果,提高成果转化效率”,以及“发挥院士的高端引领和集聚效应,加快引进、培养、造就高层次领军人才、青年拔尖人才和高水平科技创新队伍”等方面深耕细作,院士工作站等已成为“提供智力支撑、布局未来发展”,推动飞行试验测试技术高质量发展的新引擎。

智谋路:超前布局,引领航空测试技术发展

经过60余年持续发展,试飞院早已在机载测试网络化、实时监控智能化、数据处理综合化、光电测试多元化、系统及设备研制系列化等方面卓有建树,多项成果填补国内空白并跻身世界一流,部分技术实现超越。然而,面对当今世界百年未有之大变局,置身于高科技战略产业的航空工业发展浪潮,飞行试验测试技术又该如何再过“万重山”?试飞院以辩证思维明势,在增强谋事干事的客观性、系统性、预见性中,做到了心中有数、脑中有图、手上有招、脚下有路。

张广军院士工作站在试飞院成立具有重要意义。试飞院测试所所长、院士工作站办公室主任张虎龙表示,张广军院士工作站的成立,给试飞测试技术及其产业化发展带来很多前沿思维方式和先进的研发手段及工具,同时也给试飞院提供了借助外脑的平台。

张广军是中国工程院院士,现任东南大学校长,北京航空航天大学仪器科学与技术国家一级重点学科带头人,精密光机电一体化技术教育部重点实验室主任;兼任中国光学工程学会理事长、中国计量测试学会副理事长,中国仪器仪表学会副理事长,国务院学位委员会仪器科学与技术学科评议组召集人。早在2015年,张广军院士及其团队就与试飞院在飞行器高精度航姿参数测试、近距自主相对导航技术、直升机旋翼挥舞角测试技术、基于恒星基准的航向姿态参数飞行校准技术研究等方面开展联合技术攻关,并在光机电一体化探测前瞻理论、试验机智能维护与检测、复杂场景下多目标智能识别与定向定位、星光-地理导航一体化视觉定位定姿等方面开展联合技术探索,取得丰硕成果。

院士工作站正式成立以来,很快在航空装备试验光机电一体化精密探测技术、机载视觉跟踪与测量装备研制、航向姿态参数飞行校准平台研制、数字化飞机维护智能视觉技术、基于航空试验图像的智能感知与评价技术等一些关键项目上达成共识,并在空中加油编队定位与视觉测量技术上率先突破。同期,依托张广军院士团队的技术优势和试飞院的工程优势,院士工作站着眼“人工智能与未来空战”的发展方向,围绕“航空装备飞行试验高精度探测与智能感知”技术领域,从先进技术体系研究、技术成果转化与装备研制、试验大科学装置建设,以及技术拓展应用等方面详细规划了2020年~2023年工作,目标直指“2023年将院士工作站打造成试验科学的技术引领平台、科技创新平台、人才成长平台、成果转化平台、专家汇聚平台、文化融合平台”。

飞行试验测试航空科技重点实验室是飞行测试技术的另一创新平台。该实验室成立于2017年,主要任务是“以未来飞行试验测试需求为牵引,开展新的测试体系架构、多试验场联合构建逻辑试验场体系等相关研究工作,构建相关技术体系及标准,以解决广域试验在空间维度上对试验测试能力的需求和信息维度上的共享需求,可以更好地满足未来航空飞行器飞行试验测试需求,促进我国航空工业发展”。

根据航空科技发展规划,以及新型武器装备和民用航空产品发展对试飞测试专业的发展需求,实验室设置了3个研究方向、13个方面的研究内容,聚焦“探索新型试验测试体系,转变飞行试验测试模式,全面提升航空武器装备的试验效率和试验能力”“探索安全监控新模式,提高安全监控智能化与可视化能力”“探索广域光电测试新模式,支持未来新型号试验与评估,提升试验测试能力”“发挥试验数据资源优势,深入开展数据挖掘技术研究,助推航空科技发展进入‘大数据’科研范式”“利用技术领先优势和标准化体系,在行业内起到辐射带动和技术引领作用,推动我国飞行试验测试技术发展”,在全面提升飞行试验测试总体技术、飞行试验遥测与数据处理技术、飞行试验光电测试技术上全面开花,并朝着“飞行试验测试技术水平达到当时国际领先水平;综合测试能力满足当时型号飞行试验和先期演示验证飞行试验测试的需求;主要测试设备和测试系统研制形成系列化、专业化和产业化发展;拥有一支创新型测试技术人才队伍和一批飞行试验测试行业内的知名专家”的远期目标不断迈进。

智胜策:系统创新,打造新旧动能转换“新引擎”

自2015年试飞院与张广军院士及其专家团队开展合作以来,先后针对基于航空摄影的惯导航姿精度飞行试验评估技术、体系化飞行员培养关键技术及装备研制、机载光电测试系统研发、空中加油视觉测量等方面开展技术研究和成果转化,为我国航空装备及产品建设和关键设备的国产化做出了突出的贡献,突破并掌握了航空飞行试验过程中的国外长期垄断的关键技术。无疑,张广军院士工作站在试飞院的成立,是一次不一样的创新之路谋篇布局,是试飞测试技术及其产业化发展的“核裂变”在厚积力量。

试飞院测试所所长、院士工作站办公室主任张虎龙感慨,张广军院士工作站有着新旧动能转换带动技术研发升级的鲜明印记,所有参与其中的人都将经历一场由改革创新触发的“刺激”,这种“刺激”以系统创新为路径,关注于新技术、新模式、新业态、新产业发展的“培土施肥”,打造试飞测试技术发展新的“发动机”。

为了避免创新的举措“碎片化”,避免创新的结果“只见盆景,不见风景”,试飞院集结各方力量同向而行,集合条线政策协同配套,为工作站提供了固定的工作及研究场所、学术交流、会议及其他日常办公等运行保障,投入科研设备60余台套、试验飞机8架,累计投入科研经费1100余万元。中心为工作站配备了强大的研究团队,各类固定人员及流动人员共34人,不乏国家级专家和享受国务院特殊津贴专家、国家各部委专业组专家、航空工业各级专家、陕西省科技新星等。而通过人才、智力引进和合作模式,张广军院士及其团队将北京航空航天大学和东南大学优质技术与智力资源同试飞院丰富且广泛的工程应用需求进行深度结合,整合双方的影响力和资源渠道,在省市、国家部委以及军方等领域提升了专业及行业认知,打通了申请重大项目的支持渠道,先后完成工信部民机预研、空军装备预研联合立项,推进了专业领域技术发展。其中,航向姿态参数飞行校准平台研制完成工信部“十三五”民机专项申报,经费达1900万元。2020年,在较为稳固的科技发展合作机制保障下,全自主光学引导与定位技术、数字化飞机维护智能视觉技术等研究,以及试验机智能维护与检测体系建设、基于智能专家决策的实时高动态的风险评估预警体系构建、基于恒星基准的航向姿态参数飞行校准技术研究成果应用等一批影响航空装备发展的重点项目稳步推进。

此外,通过主办和联合承办军工测试论坛国内学术会议、测试技术学术交流会、中国航空测控技术年会等高端学术论坛,以及逐步建立仪器设备、科研成果、文献共享的渠道与制度,飞行试验测试航空科技重点实验室在确保国家秘密安全的前提下积极与国内相关研究院所、院校加强学术交流,不仅促进了自身能力提升,也在各层面加强了飞行试验测试在技术的专业影响力,在国家学术研究层面上凝练了专业方向。特别是由试飞院主办的“军工试验测试技术交流年会”已连续举办多届,飞行试验测试航空科技重点实验室充分展示了我国军工领域试验与测试技术相关专业的最新研究成果,提出许多前瞻性的新思路、新理论、新办法,吸引了中科院、航天、航空、兵器、船舶及各军兵种等50余家科研院所和17家军工配套科技企业参与,并引起新华社、中新社、科技日报等多家中央级媒体,以及多家省市级媒体和行业媒体的重视。作为国际上两大代表性的遥测技术交流年会之一,欧洲试验与遥测年会也对实验室人员敞开了怀抱,多篇涵盖智能化测试、智能化监控、C波段遥测等技术发展方向的论文在年会上取得了广泛共鸣。

在合作开放机制的引导下,飞行试验测试航空科技重点实验室为飞行试验测试专业与各方之间的信息共享及后续预研项目联合申报和项目合作提供了平台,专业影响力的日益提升也带来了良好的经济效益。目前,试飞院已经在测试技术领域与各军工单位和部分民营高科技公司签订合作项目44项,达到了预期效果。

智取道:联合攻关,加快核心技术成果产出

“核心技术买不来,依靠引进走不远,唯有自主创新才能有效维护事关国家安全的战略主动权。”围绕航空装备试验信息智能感知和光机电一体化精密探测领域,张广军院士工作站以“联合攻关”方式开展先进技术探索与验证、产品开发与价值挖掘、重大成果应用推广与产业转化等工作,为建设新时代“航空强国”,加快飞行试验测试技术的发展突破开辟了又一条自主创新之路。

空中加油技术是增强航空兵机动和打击能力的重要措施,受到世界各国的高度重视。面对国内飞机加受油试飞任务,张广军院士工作站将空中加油关键参数测量作为工作重点之一,通过空中加油视觉引导技术攻关及成果转化,让“王牌”更具威力、“底牌”更加托底。该项技术针对空中加油锥套全自主识别需求,将人工智能与视觉测量相结合,构建了基于VGG-Net模型锥套识别深度学习网络架构,建立锥套图像数据矢量集,突破了四角共线极线约束标定方法、置信度约束的短基线立体视觉解算模型、高动态多坐标系空间数据融合处理等关键技术,采用可视化特征方法实现了高动态背景下锥套的智能检测与识别定位,达到国际同等技术水平。

针对大展弦比机翼飞行过程弹性形变测量需求,张广军院士工作站构建了多相机组合的共轭摄影成像模型,基于ASIFT仿射投影算法,构建机翼变形影像与正摄投影的空间仿射映射模型,实现正摄投影与倾斜投影像素级的特征匹配;采用测量标志倾斜变形设计,解决了大倾角测量条件下标志影像特征的准确提取与识别困难的问题。

在数字化飞机维护图像系统研制中,张广军院士工作站首次采用可穿戴智能眼镜,构建用于机务维护保障的视觉共享与交互平台,为数字化机务维护保障体系的建立提供技术支撑。采用AR信息显示的方式实现了对机务操作的可视化辅助,采用自定义眼镜手势操控的方法实现了根据机务工作特点定制的人机交互方式,构建了基于无线网络架构的数字化飞机维护图像平台,解决了安桌智能眼镜、视频服务器和显控平板的软硬件难题。该项目获第二届中国航空创新创业大赛全国20强。

开展飞行试验高速视频数据采集系统设计,张广军院士工作站采用基于任务职能的分层组件化体系架构,创新性的提出了自定义的DSB高速总线,突破了分层网络化通用系统构架、基于样本学习的非标视频采集、多维度视频流健康状态可视化管理等关键技术,建立了标准化、高速化、智能化、小型化、可视化的新一代机载视频测试系统,设计理念部分超越了国外同类产品,达到国际先进水平。

随着张广军院士工作站“联合攻关”模式的拓展,飞行试验测试航空科技重点实验室也加快了拓新前行步伐。目前,实验室共有5个具有国内领先水平的多功能综合实时监控大厅、10套配套的实时数据处理与监控系统、大型网络化机载测试系统、机载测试综合地面演示验证系统、光学坐标测量仪、图像全站仪、小型光电着舰测量系统、光电伴飞跟踪测量系统、海量试验数据存储与处理系统、基于WEB的海量试验数据管理与分析处理网络系统等多套行业唯一的试验设备设施,可实现新型航空总线测试、高速高带宽数据采集与遥测传输、多目标综合飞行试验任务三维推演与实时监控、飞行试验综合指挥监控、飞行试验故障预警与应急处置辅助决策、飞行试验科目准实时评估、多源数据实时融合处理与综合监控,并拥有我国几乎全部航空武器装备的试验数据资源。

利用重点实验室的优势资源,试飞院一方面与航空、航天、兵器、电子等领域单位及中科院、各大院校、各军诸兵种合作展开技术攻关,一方面在内部通过专项项目团队进行关键技术攻关,有效助推了国防装备建设。仅2019年,重点实验室各技术攻关团队就在飞行试验测试总体技术研究、飞行试验遥测与数据处理技术研究和飞行试验光电测试技术研究等方面取得34项成果,解决了我国新型飞行器设计和试验过程中遇到的实际难题,研制了一批具有自主知识产权的测试系统及设备,并通过飞行试验验证和行业技术鉴定,形成相关测试系统体系标准和设计指南。

智才略:群贤集聚,夯实高端科技“先发优势”

“从当前航空科技的发展趋势来看,试飞测试技术的发展,以及支撑以飞行试验为核心的军民融合产业链融入地方发展等遇到的问题,表面是需求问题,实质是供给问题;表面是产业问题,实质是能力问题。”“面临发展空间急需突围及发展规模急需突破的严峻挑战,只有发挥人才第一资源作用,才能下好‘先手棋’。”“创新人才是支撑试飞测试领域核心竞争力的‘筋骨’和‘肌肉’。”试飞院测试所所长、院士工作站办公室主任、飞行试验测试航空科技重点实验室副主任张虎龙在张广军院士工作站和飞行试验测试航空科技重点实验室建设期间多次表达“要以院士工作站和重点实验室为抓手,借梯登高,借智兴业”。

让院士工作站成为高端人才的“磁场”,张广军院士工作站和试飞院全力协同,以其独有的资源和优势,让院士专家团队与试飞测试无缝对接,吸引了来自北京航空航天大学的12名博士、2名硕士,其中有4名教授;试飞院更为院士工作站配套了28名研发人员和6名管理人员。这34人中,有17人是研究员,16人是高级工程师。工作站运行以来,已经在技术协作与联合技术攻关中培养了2名博士,推送省部级以上学会成员6人。

目前,张广军院士工作站已发展成为梯队化、尖端化的工作站研究团队,开始朝着细分技术方向与团队带头人的方向发展。工作站以领军人才、行业专家带动团队人员能力提升,构建了以院士为核心、专家牵头、骨干与青年共存的新型人才培养机制,并形成百千万人才、集团专家、科研骨干的层次化人结构,发展力更加强劲。其中,团队成员李宏于2019年入选国家百千万人才工程,被授予“有突出贡献中青年专家”;张虎龙入选集团一级专家,并获得“最美三秦青年创新之星”荣誉;张杰入选陕西省光学学会常务理事;多人获聘西北工业大学、长安大学等国内高等院校企业导师。

按照“为我所用,集智共赢”的尖端人才引进思路,张广军院士工作站发挥高端学术地位优势,汇聚高校、科协、学会、研究院所的各类人才,倾力打造省市地方和航空试验军民融合的智力汇聚平台,持续引领高精度探测与智能感知前沿方向。工作站先后与北京航空航天大学、西安交通大学、浙江大学等相关专家团队协作交流,共同推进关键技术深入研究;依托各级科协,广泛与各行业专家互动,扩大工作站的影响力与知名度;利用中国光学工程学院、航空学会、自动化学会等学术平台,构建行业专家“朋友圈”;与各行业相关单位进行技术协作、联合论证,形成互为依托、相互支撑的协作态势。

“十三五”期间,飞行试验测试航空科技重点实验室在与飞行试验测试技术相关的信息感知、多源多流数据智能采集、机动目标跟踪与图像处理、综合遥测网络、智能安全监控、结构化与非结构化数据处理与分析、试验与测试软件测评、试验大数据管理与挖掘、试验测试网络安全、测试建模与仿真,以及一切与飞行试验测试有关的新概念、新理论、新技术的研究和创新中,完成科研课题52项,先后培养出博士研究生4名、研究员2名、高级工程师10名,特级技术专家4名、一级技术专家6名;实验室成员发明专利与软件著作权59项,专利受理38项,专利授权7项;发表科技论文62篇,专著2部。实验室长期与北航、哈工大、西工大、西安电子科技大学等高校及国防军工领域各相关科研院所保持着良好的技术交流与合作,在飞行试验智能安全监控、空天地一体化试验与测试网络研究、网络安全、先进传感器等技术领域不断深耕拓新,并坚持面向国家重大需求和科学技术发展前沿强化基础研究和应用基础研究,持续提升创新能力,稳步提高行业领域带动力。

当前,在张广军院士工作站和飞行试验测试航空科技重点实验室这两个平台中,45岁及以下年轻人占比达58%。测试所所长张虎龙介绍,无论是张广军院士工作站,还是飞行试验测试航空科技重点实验室,都非常重视青年人才的培养,在项目争取、项目实施中有意识、有计划地推动年轻人参与其中,并组织专门培训,由资深研究员作指导,培养青年人才的科研能力、科研思想,引导他们学会提出并解决重要的科学问题。

加速行业领先的先进科技与试飞测试的深度融合,提高科技创新能力的层次和质量,强化在行业内的高端和关键技术话语权及技术引领作用,带动科研队伍的成长和培养,试飞院张广军院士工作站、飞行试验测试航空科技重点实验室虽涉猎广泛,却始终瞄准从基础研究、应用基础研究到应用研究的全链条快速发展目标,他们在建设“航空强国”征途上心覆苍穹,“智”图天下。(中国试飞院)



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