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拦截禁飞区入侵无人机?这个江理学子有办法!

转载 2023-11-17 10:21 江西理工大学 来源:江西理工大学

在日夜仰望的科研星空中

光景终是触手可得的创新星辰

追求知识的侯浩楠

如同追山赶月的冒险者

将勇敢与坚持编织成一场博弈的华章

人物名片

侯浩楠,江西理工大学电气工程与自动化学院2021级硕士研究生,拥有7项国家发明专利,8项已确权的软件著作权,发表SCI论文2篇,多次获得国家级、省级奖项。本硕期间,作为项目申报书的主要撰写人,参与了2项国家自然科学基金获批项目、1项省部级获批项目工作;获得1次国家奖学金、2次特等奖学金;获评“五好研究生”;并投入无人系统智能监测技术(多旋翼无人机定位跟踪与反制拦截)和阵列信号处理(声学信号DOA 估计)的研究。

最近,他的“禁飞区入侵无人机智能化全方位反拦截防御系统”项目又在第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中荣获主赛道二等奖,侯浩楠用一次次的科研经历证明,通过不断的实践与探索就能实现创新。

起点,源于痴迷和强烈的责任

“无人机时而凌空盘旋、时而急速俯冲,花样百出的高难度动作让我赞叹不已。”六年前,学校组织的“挑战杯”作品展示活动中,一架空中盘旋的无人机深深吸引了侯浩楠。他亲自体验了无人机的飞行操控、学习无人机飞行的相关原理,同时,也了解到无人机“黑飞”的事件连年高发,给国家与社会带来极大的安全隐患。“如何实现对禁飞空域内非法入侵的无人机进行准确识别,提高人民生命和财产安全性,预防危险发生?”这激发了侯浩楠浓厚的兴趣。这也为他加入樊宽刚教授的“无人机”研究团队,踏上了“科研之路”和“挑战之旅”埋下伏笔。从此,侯浩楠与无人机结下不解之缘……

幸运的另一个名字,也叫努力

路漫漫其修远兮。刚进入导师实验室的时候,侯浩楠热情高涨、信心满满,但接二连三的失败让他深刻体会到科研的不易,有时候需要耗费大量的时间和精力,遭遇实验条件不理想、数据分析困难等各种挑战。每一个参数的调整都需要一遍遍验证与打磨,这是时间和精力的双重付出。面对挫折,侯浩楠经常对自己说:“耐下心,沉住气。”

侯浩楠选择的课题“多旋翼无人机拦截机理及关键技术研究”十分有难度,他前期调查研究发现,市场上的拦截设备手段单一、智能化程度低、环境局限性大。他屡战屡败,在原地徘徊了许久。但是每当与队友们一起头脑风暴,求助专家老师,又会碰撞出新的思维火花,使思维更加开阔。

研究的道路上遇到挫折和困难是在所难免的,而正确的做法是从失败中吸取教训,并不断调整研究计划,不断探索。”这句话是导师樊宽刚教授送给他的。谈及导师,侯浩楠说道,樊教授作为其人生中最重要的导师,给予了诸多宝贵的学术机会和资源,导师的支持和信任也让其能够深入地参与研究项目,并在学术领域得到锻炼和提升。在遇到困难和挫折时,导师给予的信心和勇气,以及实用的建议和指导,都使他在研究生阶段不断进步,受益终身。

从0到1,成功始于无数次验证与突破

在南京参加第三届国际自主无人系统高峰论坛时,他学习到可以通过将 HOG + SVM算法对无人机图像进行识别检测,这位旅人似乎窥探到一丝光芒。但好景不长,使用HOG+SVM算法对无人机图像进行识别检测, 处理速度较慢,不能做到对快速移动的无人机实时跟踪检测,同时,不能处理关于遮挡的问题,对于无人机移动方向改变或者飞行姿态幅度过大的问题也没法解决。

通过查阅大量相关文献资料,对多种目标检测算法进行一一测试后,侯浩楠首次提出了五帧差分法结合YOLO-v5的入侵无人机识别算法,并首创了12路球型麦克风阵列的入侵无人机声学定位与追踪系统,自主研发搭建了一套“禁飞区入侵无人机智能反制拦截防御系统”平台,可以准确地识别和定位入侵无人机,大大提高拦截的成功率,同时保持较快的处理速度

但这样也不算完美,他发现出现误识别的原因是因为数据集的复杂度较低,随后利用数月的时间对原始无人机数据集进行扩充,加入大量背景复杂的无人机图片进行训练,当训练样本量达到10000时,识别正确率也到达 99.43%!

零星的光芒,在点滴积累中汇成星河闪耀

六年前的侯浩楠只是平凡的大学生,科研旅程中的磨砺使他竿头日上。设计结构,调试系统,撰写论文,协调团队......

科学研究并不只要求拥有良好的学术能力,还包括团队合作、抗压能力、交流能力、以及对细节的把控、口才、演讲、答辩等等,更像是一个全方面考验个人能力的挑战。

他“摸着石头过河”,参加中国国际物联网创新大赛、全国大学生物联网技术与应用“三创”大赛、中国研究生电子设计竞赛等多项赛事,感受最真实的挑战。这些旅途上的“荆棘”慢慢褪去了侯浩楠身上的稚嫩,也让他脚下的步伐更加踏实稳健。侯浩楠在回首俯瞰,总结过去中分析自己前进的轨迹;也在遭遇失败和饱受挫折时,寻找帮助与支持,及时调整前进路线。“学会沟通交流、团队协作与亲身实践,在不断前进的过程中体会每个队员那份坚持不懈去优化项目的态度、作品从0到1的过程中不断提高应对挫折的毅力、出现某个问题团队成员相互交流意见研讨的激情……”正是这样的点点滴滴,轻尘细沙,形成了他科研旅途中可贵的宝藏与闪耀的星河。

科研之路走来并不平坦,但导师的耐心鼓励、同伴的并肩作战,都成为侯浩楠坚定走下去的动力。科学研究是持续的过程,也许很多尝试都会失败,也许过程比较乏味,但是严谨求实、执着探索的科学精神,时刻指引着侯浩楠,给予他无限的力量。

目前,侯浩楠的“禁飞区入侵无人机智能反制拦截防御系统”已经能够实现对禁飞空域内非法入侵的无人机进行识别检测、智能预警、声学定位、雷达测距、定向跟踪瞄准、电磁波干扰反制与GPS欺骗式拦截

未来的路很长,作为24届硕士毕业生,侯浩楠将继续到西北工业大学读博深造,不断迎接挑战,在无人机的科研世界中探索更多的可能。

走过的路都在积攒能量

以热爱与努力作诗篇

潜精研思 锐意创新

在挑战与机遇中不断成长

愿所有江理er同侯浩楠一道

在未来之路上 一直闪闪发光

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