信號與信息

《信號與信息》是2010年03月電子工業出版社出版的圖書，作者是胡來招。

本書圍繞信號與信息展開討論，指出信號攜帶信息的基礎是信號能量，並進一步討論了信號攜帶信息的為數不多的一些基本辦法，以及人們在接收到信號後試圖提取所攜帶的信息的基本辦法，指出信息可能是在發射時就攜帶的，也可能是在傳輸過程中攜帶的。

基本介紹

• 書名：信號與信息
• 作者：胡來招
• ISBN：9787121104503
• 定價：19.80 元
• 出版社：電子工業出版社
• 出版時間：2010年03月
• 開本：16開

內容簡介

全書共分為五章，分別論述信號的描述、信號攜帶信息的能力、信號攜帶信息的基本方式、從信號中提取信息的基本方式以及某些具體工程問題的總體考慮，並試圖能夠給讀者一些考慮問題的啟發。

目錄

第1章 信號的描述 1

1.1 信號的基本描述 1

1.2 內積、投影和正交 5

1.3 信號的一般描述 11

1.4 對信號的變換 17

1.5 對信號的濾波和壓縮 29

1.6 信號的雙域描述 33

1.7 信號的統計描述 38

第2章 信號的信息能力 42

2.1 信息基礎知識 42

2.2 信號的信息能力 44

2.3 獲取信號能力的條件 48

2.4 通信狀態下的信號能力 54

2.5 探測狀態下的信號能力 60

第3章 信息的攜帶 71

3.1 發射信號時信息的攜帶 71

3.2 信號傳輸中信息的攜帶 90

3.3 多用途狀態下信息的攜帶 103

第4章 信息的提取 108

4.1 對發射時攜帶信息的提取 108

4.2 對傳輸中攜帶的信息的提取 120

4.3 非配合信號樣板的提取 135

第5章 若干套用問題討論 142

5.1 最佳信號波形問題 142

5.2 通信信號波形分析 149

5.3 目標探測信號波形分析 159

5.4 信號發射時攜帶的源位置信息 170

5.5 關於應答方式的套用 178

5.6 接收機靈敏度 184

5.7 長時間相關積累的考慮 194

5.8 多次融合問題 200

5.9 關於信號波形安全 205

……

序言

由於研究電子對抗的技術問題，我開始考慮人們利用電子信號進行對抗的實質到底是什麼，進而想歸納人們利用各種電子信號的活動到底有什麼根本性的東西。結果發現在電子對抗這個領域內，我們對信號的利用效率非常低。於是，考慮把這方面的思考總結出來，或許不僅有益於電子對抗專業的發展，而且可能會使人們把電子信號與信息活動關聯起來，進而推動產生創新的思維。

自從電被人類認識以來，它對人類的生活、生產、科研和軍事等產生了巨大的作用，這甚至遠遠超出了人們最初的預期。人們利用電，可以分為兩大類。一類是利用電本身所具有的能量，我們稱之為強電。另一類則利用電信號能夠攜帶、傳遞信息的能力，我們稱之為弱電。從路的觀點看，電具有一定的電壓和電流，它們的乘積代表功率。從場的觀點看，對應的是場強，表示場具有能量。電能可以由化學能和機械能等轉換過來，同時又可以轉換成其他形式的能量，被人們利用。由於電能具有傳輸方便的特點，使之成為一種很好的能量傳輸方式。電能與其他形式能量的轉換裝置、電能與電能的轉換裝置、電能的傳輸及控制裝置就成為人們研究以強電形式使用電的主要內容。與其他形式的能量相比，我們知道，電能在遠距離傳送時具有突出的優點，其速度是光速，其效率明顯高於其他所有形式的能量。然而，僅僅利用電信號攜帶信息，把具有微弱能量的電信號作為信息的載體，給人類帶來了更多的具體套用。由於人類的各種活動，無不與信息有關，我們把與信息有關的產業叫做信息產業。幾乎所有的人都認識到，這個產業的發展太驚人了。於是，我們不得不從根本上考慮，當我們把電看成信息的載體時，應當怎樣看待信號與信息，我們可能用什麼辦法讓信號承載信息，又可能用什麼辦法把信息從信號中提取出來。本書就是試圖為解決這方面的問題而寫的。

人類對信息最初並沒有深刻的認識，甚至沒有把信息當成一種客觀實體，不認為信息可以計量，沒有把信息當成我們研究的對象。自從香農確定信息理論的基礎以來，事情發生了一些根本性的變化。首先，我們把信息定義為事件發生前後我們所掌握的熵的變化，這是一個與事件的機率大小有關的量，於是信息可以被計量。信息計量的具體定義為：如果一個事件發生為不同狀態的機率為pi，那么，在它確定發生以前，我們認為事件含有一定總量的熵，其度量可以被定義為I =??pi.log(pi) 。而一旦它已經發生，就已經沒有任何不確定性，熵的總量將下降到0。因此，我們就把前者定義為事件的信息量。特別是，當我們用2作為對數的底時，所得到的信息量的計量單位為比特，即I =??pi.log2(pi)（比特）。由於有了這樣一個對信息計量的定義，我們就可以具體地研究一個信號究竟包含多少信息、能夠攜帶多少信息等。於是，我們又發現了信號與信息之間的一個最基本的關係，那就是攜帶一定量的信息，需要一定的信號功率、時間和頻頻寬度。本書將在第2章中詳細論述這一點。既然發現了信號與信息的基本關係，我們想問，當利用信號攜帶信息時，是否也存在一些最基本的規律，從而使我們可能從根本上理解、解釋、最佳化使用信號的過程。本書正是全面地論述了這個方面的考慮。希望它給讀者帶來啟發，使我們可以自覺地、更好地使用信號，也可以讓我們開發出新的套用方式和實際用途。

作者所以想寫這本書，是受了很多思路的啟發。比如說，人們研究了很多壓縮信息的辦法，這等於告訴人們，當信號用來攜帶信息時，我們往往沒有有效地使用信號，因此，在功率、頻寬或時間方面，有很多潛力可以挖掘。又比如說，GPS採用擴譜信號，使得信號處理可以有50dB以上的增益，實現接收機非常高的靈敏度。又比如說，採用合成孔徑原理，從信號的時延和頻移中提取目標反射的距離和速度信息，從而實現對目標的成像。所有這些，似乎告訴人們，信號與信息之間的關係，非常有意思，但是在人們構造一個具體的套用時，有些規律很可能並沒有完全被認識清楚。如果我們能夠從本質上看清問題，就有可能更有效地利用信號，並且開拓新的使用信號的途徑。因此，書寫本書在一定意義上也是一個學習和總結，或者說，本書力圖從簡單的、容易接受的一些事實出發，提出信號和信息之間最本質的關係。

要寫一本專業技術書籍是很困難的。能夠鼓勵我繼續思考，完成這個短作，是西南電子設備研究所這個群體。如果沒有套用技術的發展對理論的需求，如果沒有這個群體在自身的活動中對發展的渴望，根本就沒有人向我提出需要考慮信號與信息的基本關係，也不可能有環境支持我把這個問題想下去，因此也就不可能有這本書的誕生。儘管問題的提出不是直接的，但我認為這是技術發展的規律。所以，我還想大聲地呼籲，很多技術問題還在等待著從事於技術開發、研究的人們去總結；我也想由衷地感謝，我們豐富的科研活動，它們是這些新觀點的源泉。

初稿完成以後，重讀一遍，發現有些地方不夠嚴密，再由於時間的推移，覺得有些提法也不盡合理，於是不得不做稍大一點的修改。這樣一來，這本小冊子的完成就幾乎經歷了7個年頭。同時，由於作者從事的是電子對抗專業，最初似乎是想總結偵察和干擾的基本理論，但是實際上，本書所論述的問題，顯然並不局限於電子對抗，它可能帶來的套用，或許會大大地超越電子對抗的範疇。