引领新一代电气工程前沿

  电气工程，是一门历史悠远长久的学科。早在19世纪末20世纪初，西方大学就开始陆续设置电气工程专业，发展、应用与电气相关的知识。传统的电气工程被定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和，但随着100多年来科学技术的快速的提升，尤其是信息技术带来的决定性影响，新一代电气工程专业已成为现代科技领域中的核心学科以及关键学科。斯坦福大学教授指出，“当今电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为”。并且，在人们的生产与生活中，电气工程也成为发展生产和提高人类生活水平的重要物质基础，是国民经济与人民生活现代化的重要标志。

  “电气工程一定要结合国家需求和人民有必要进行研究，这也是工科研究的基础要求。能够为国家解决某些领域的瓶颈问题，我觉得就是我们科研工作者最大的价值体现。”武汉大学电气与自动化学院副院长何怡刚说道。

  在何怡刚眼中，电气工程领域直到如今都是一门非常“时髦”的专业，尽管最初选择这一领域时他并不知道电气工程是做什么的。

  “我们高考的时候是在20世纪80年代初期，那时大家对专业都是一知半解，不像现在互联网这么发达，想知道哪些大学还有专业的信息都可以从网上获取。”何怡刚笑着回忆。

  1984年参加高考那一年，全国恢复高考也不过几年时间，全社会都洋溢着对知识的无限向往与渴望之情。在听到老师介绍电气自动化是当今世界上最先进的技术之时，何怡刚不禁眼前一亮，“可能是赶‘时髦’的心态，我就想学最先进的东西”。事实上，何怡刚的选择是正确的。

  随后30余年间，信息技术的大发展对电气工程产生了革命性影响，包括计算机、全球范围高速宽带计算机网络及通信系统，以及用来传感、处理、存储和显示各种信息等相关支持技术，为电气工程领域的技术创新提供了更新、更先进的工具基础。进入21世纪以后，人们的衣食住行基本都与电气工程应用分割不开。

  “这几年非常热门的人工智能，从大的角度来讲其实也属于电气自动化领域。到现在为止，我们这个专业还是很‘时髦’。”何怡刚说道。

  不过，先进的技术的另一面也在于它的难度较一般学科更大。在20世纪90年代就读研究生以及博士时期的经历，让何怡刚深刻体会到了这一点。“研究生阶段对我的影响很大，此阶段区别于本科期间的基础学习以及走向社会后的工作阶段，告诉我们怎么样开展电气工程研究，是树立人生观和科技观最重要的时期。”

  对于电气工程研究而言，最重要的就是创新。在湖南大学电气工程专业攻读硕士学位期间，何怡刚也感受到了这一先进的技术研究的困难。为了取得实验结果，何怡刚几乎把所有时间都交给了实验室，寒暑假也都在实验室度过。有一段时间，做实验取得的数据与利用计算机软件仿真获得的结果差距非常大，连续两个多月都没取得进展，何怡刚开始着急起来，总觉得时间不够用，甚至不睡觉也要待在实验室做研究。

  导师蔡国昌教授得知后，特意与他认真交流了一番：“搞科学研究，容不得半点马虎，一定要戒急戒躁。你想今天花了时间，明天就有收获，这肯定是不行的。”

  就是这两句简简单单的话语一直让何怡刚记忆犹新，“虽然很朴实，但我觉得确实是这样”。从那以后，何怡刚在科研方面再也没有了浮躁的心理，踏踏实实在实验室做研究，每做一步实验就停下来分析结果，如果与理论结果一致就继续研究，若出现较大差距则仔细分析原因。就这样他不知不觉竟然取得了事半功倍的效果，两年不到的时间就完成了研究生阶段所有的学习研究任务，并且还在中国科学院创办的刊物上发表了8篇文章。要知道，当时只有大学教授才会在这本期刊上发表优秀文章，学生要取得这样的成绩实属难得。“我觉得我在研究生阶段，也算没有辜负自己的付出吧。”回忆往事时，何怡刚笑着说道。

  随后几十年间，何怡刚一直专注于电气工程领域，结合国家需求进行各项自动化研究工作，包括智能电网自动监测与健康管理、电力电子技术及应用、极大规模集成电路设计测试与诊断、自动识别技术、通信信道建模与监测、虚拟仪器与智能信号处理、轨道交通监控等，先后主持国家科技重大专项重点项目、国家高技术探讨研究发展计划（国家原“863”计划）重点项目、国家重点基础研究发展计划（国家原“973”计划）课题、国家自然科学基金（重点、面上、国际合作重点）等重要科研项目30多项，带领团队多次突破电气工程领域的技术瓶颈，极大推动了我国相关领域技术研究与应用发展，射频识别技术（RFID）就是其中典型代表。

  RFID是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，这被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。尽管RFID学名听起来比较陌生，但人们对于它在日常生活当中的应用场景实际上早就司空见惯，比如门禁管理、交通枢纽管理、身份证验证、商场货物扫码等。

  RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入阅读器后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。听起来似乎很简单，但在20年前，谁能想象到RFID会给人们的生产与生活方式带来这样翻天覆地的变化？

  何怡刚介绍，21世纪初，正值物联网技术在国际上刚刚兴起，我国也开始对外开放国际超市准入，比如沃尔玛等，但这些国外的超市都有一个前提要求就是统一产品规范，电子标签就是其中之一。

  “电子标签需要通过机器去识别，这就与我们国内传统人工识别的方式完全不同，在视觉识别技术方面，我们国家当时还是一片空白。”何怡刚说道，“视觉识别技术从工业上来讲叫做轻工业，如果这个领域我们没有自主核心知识产权，相当于整个市场全部拱手于人了。”

  在此国情下，2006年，国家高技术研究发展计划（国家原“863”计划）先进制造技术领域“射频识别（RFID）技术与应用”重大项目应运而生。该项目要求结合我国RFID技术及产业化发展现状，从国情出发，坚持自主创新与集成创新相结合，以企业为主体，政、产、学、研、用相结合的自主发展模式，攻克一批RFID共性基础及前瞻性、产业化关键技术和应用关键技术，取得一系列具有自主知识产权并达到国际同期先进水平的核心技术，建立起我国RFID技术自主创新体系；以示范应用为引导，带动RFID技术在各行业的广泛应用，逐步形成大规模、辐射相关领域的公共应用服务体系；通过研究与制定相关的国家标准，形成我国RFID标准体系；建设RFID产业发展的服务环境；实施RFID技术及产业化战略联盟，通过联合、协同等多种模式，构建具有自主知识产权技术的产业链。作为国内电气工程领域杰出的学者，何怡刚带领团队迅速加入其中，并负责主持“RFID系统测试技术研究开发及开放平台建设”项目。

  “这个项目给我的印象非常深刻，当时真的可以说集合了全国所有相关领域的优势力量共同进行攻关。RFID是物联网领域最基础、最底层的技术，而RFID系统测试技术则是基础中的基础。”何怡刚介绍，有了测试技术作为支撑，才能知道识别出来的产品是否合格、质量怎么样，这也是“射频识别（RFID）技术与应用”项目中，测试技术成为其首要任务的原因。

  物联网关乎国民经济和国家安全，是国家重大战略性新兴产业。感知层是泛在物联获取信息的基础，其无线接入系统的测试是实现万物互联的关键支撑。然而感知层无线接入系统测试面临巨大挑战：一是微秒级微弱应答信号捕获与特征提取难度大；二是应用场景复杂多变，传播环境合理刻画与可信复现难度大；三是无线接入性能影响机理复杂，多协议测试量值溯源难度大。这些难题严重制约了物联网技术及产业的发展，致使相关产业长期面临计量溯源缺失、应用场景检测与评估体系欠缺、专用测试装备缺乏的困境。

  为了解决这些瓶颈问题，何怡刚带领团队夜以继日奔赴战场，通过近4年的持续攻关后终于突破了RFID系统测试技术瓶颈，并根据工信部要求制定了相应测试标准，同时也通过了国际质量标准。在此基础上，国内RFID技术得以迅速发展和应用。

  之后的10多年间，在国家杰出青年基金等项目支持下，何怡刚又带领团队对RFID技术进行了持续攻关，突破了感知信号处理与提取、传播环境刻画与复现、感知层无线接入链路建模与多协议可溯源测试等关键技术难题；创新研制出RFID 系统综合测试仪、无线通信信道模拟与监测分析仪等“国际领先”的关键装备；首次实现量值可传递、频率广覆盖、标准全支持的物联网感知层无线接入系统全应用场景测试。

  2007年，何怡刚主持的相关项目“电路测试与故障诊断理论、关键技术与应用”获得了高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖二等奖；2011年，“大规模非线性电路测试与诊断关键技术及应用”项目获得了中国机械工业科学技术发明奖一等奖；2019年，“复杂应用环境下短距无线通信系统关键技术、成套装备及应用”项目获得了中国发明协会发明创业成果奖特等奖。

  技术的价值最终还是在于应用，在突破核心技术瓶颈之后，何怡刚同样也花费了大量精力，与行业共同进行推广应用研究。迄今为止，何怡刚团队在RFID技术领域研究已获授权发明专利88项（含美国发明专利7项）；成果应用于中国计量科学院等300多家国内用户及TI等欧美50多家企业，支持了“北斗”导航、登月工程等国家重大工程建设；同时引领了无线接入系统测试技术与装备的发展，提升了物联感知可靠性，推进了物联网技术及产业的发展，且为RFID技术走向全民生产与生活应用场景道路奠定了扎实的基础。

  “这个项目之后，我们不仅在技术领域跟上了世界先进水平，同时在应用领域也走在了国际前列。”正如何怡刚所言，如今，人们的衣食住行都已离不开RFID技术，商场购物扫描一下就可以完成商品识别、付款等流程，交通出行有公交卡，小区出入有门禁卡，快递物流还有寄件码……RFID技术深刻变革了生产与生活方式，对各行各业产生了深远影响。“对于科研工作者而言，能够做一些对国家和人民有用的东西，就是最让我们有成就感的事。”何怡刚说道。

  正是因此，近30年来，何怡刚一直围绕国家重点、重大需求来做攻关，带领团队先后主持参与国家及省部级重点项目30多项。2016，在国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”项目“无线通信信道模拟与监测分析仪”支持下，他又带领团队积极奔赴在无线通信信道模拟与监测领域研究的路上。

  信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻，在信号传输过程中，由于种种原因会产生衰落以及多普勒效应等，这对信号接收产生了严重影响。未解决这一问题，国外率先发明了信道模拟监测仪器，可拿来实时监测信号传输过程中的变化，对万物互联时代而言，其基础性关键地位不言而喻。但也正因如此，这些年来，通信领域的关键装备一直被国外明令禁止出口我国，尤其是军用领域的通信仪器更是如此，这极大制约了我国相关领域的技术发展。在此背景下，作为我们国家的经济社会持续健康发展和国防安全的重要保障，“无线通信信道模拟与监测分析仪”项目应运而生。

  经过近4年的艰难攻关，何怡刚带领团队突破了信道模拟监测领域的关键瓶颈问题，并且研发出一套具备自主知识产权的信道模拟监测仪器样机，正在由合作单位上海聚星仪器有限公司共同进行产业化研究，下一步就是推向市场。

  “军用领域关乎国防安全，而民用领域关乎经济发展，因此，我们的产业化不仅希望能用于军用领域，同时希望用于民用领域，未来也会朝着这个方向继续努力。”何怡刚说道。

  从1984年接触电气工程领域至今，何怡刚已在这一领域学习研究30余年。做科研如同攀登雪峰，其间寂寞孤独、艰难险阻必不可少，但何怡刚却始终乐在其中。

  “最开心的莫过于冥思苦想后柳暗花明的那一刻。”何怡刚说，当科研攻关过程中遇到非常难的问题时，比如连续思考琢磨了大半个月突然茅塞顿开的那一刻，从心底获得的高兴与满足感是所有的事情都没有任何办法取代的。

  “而且我一直觉得我很幸运，所在的团队，包括我的学生，都是吃苦耐劳、不怕困难、团结协作的。不管遇到任何困难，有这样的团队作为支撑，所有问题都能迎刃而解。”何怡刚如是说道。

  “桃李不言，下自成蹊”，团队的氛围又何尝离得开老师的精心培育与创造呢？这些年来，从湖南大学到合肥工业大学再到武汉大学，在人才教育培训方面，何怡刚总是不遗余力，先后指导毕业博士后10余人、博士生40余人、硕士研究生120余人，他们大都成为著名高校、科研院所、大型央企等重要部门学术、技术与管理岗位骨干，其中成长为“国家杰青”、“长江学者”、博士生导师的8人，博士时期就因自主研发的惠国惠民项目“智慧井盖”被国务院总理接见嘉奖的企业家1人，厅局级管理人员3人。

  “高校就是培养人才的地方，但什么是人才？我觉得只掌握相关领域专业技能的人只能算是专才，更重要的是学会怎么做人。”在何怡刚看来，只有当一个人在具备社会责任感、勇于担当的前提下，每个领域的专业骨干才能称之为人才。为此，在培育学生时，他不仅注重培育学生的专业相关知识与科研能力，同时积极培育学生的社会责任感，经常为他们提供一些社会公益活动。这样的团队氛围不仅培养出了一批又一批专业与责任感兼具的青年接班人，同时也吸引了大批外部专家人才。

  “政策之外，我觉得吸引人才最重要的还是要靠文化。”2017年到武汉大学电气与自动化学院担任副院长后，何怡刚做的第一件事就是抓队伍建设。首先，为团队设置共同的发展目标，以承接国家重点攻关项目，为国家发展做贡献为荣；之后，创造自由、平等、充满社会责任感的团队氛围，日常会议研讨中，除了围绕科研攻关项目之外，他们也常常闲谈国内外最新热点话题，任何一个人都能海阔天空、畅所欲言。“小组成员不经意提到的一些看法，经常让我很感动，大家都是非常有社会责任感以及有担当精神的人，这也是最让我感到骄傲的地方。”何怡刚说。

  近几年来，国家和社会对科技工作人员提出了明确要求，“要把论文写在祖国的大地上，把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中”。对此，何怡刚早已贯彻了30余年。未来，他希望继续带领团队在电气工程前沿领域乘风破浪，并努力将更多成果从实验室推向市场，服务寻常百姓家。