信号与系统的社会调查报告.docx

社会调查报告课 程 名 称: 专业社会调查 课 程 代 码: 报 告 题 目: 信息与系统的发展与应用 学院(直属系): xxxxxxxx学院 年级/专业/班: 2009级应用物理学 学 生 姓 名: xxx 学 号: 312009xxxxxxxxxx 指 导 教 师: 陈凤翥 开 始 时 间: 2011 年 8 月 5 日完 成 时 间: 2011 年 8 月 28 日目 录引言一 何谓信息与系统二 信息与系统的历史及生活中的应用三 信息与系统的前景结束语引 言人类社会已经告别辉煌的20世纪。过去的100年，科学的进步和技术的创新奇迹般地不断涌现，是人们享受着现代文明的乐趣。计算机已进入社会的各个角落；电话使人们无论在哪里都能与亲人保持联系；先进的电视带给人们世界各地的各种信息，影响着人们的生活；人类利用航天技术登上月球等天体；新材料、新能源、生物、海洋的研究硕果累累；人类已经从微电子时代走向信息时代。一、 何谓信息与系统 1、什么叫信息“信息”一词有着很悠久的历史，早在两千多年前的西汉，即有“信”出现。“信”常可作消息来理解。作为日常用语，“信息”经常是指“音讯、消息”的意思，但至今信息还没有一个公认的定义。信息是物质、能量、信息及其属性的标示。信息是确定性的增加。信息是事物现象及其属性标识的集合。 信息以物质介质为载体，传递和反映世界各种事物存在方式和运动状态的表征。信息（Information）是物质运动规律总和，信息不是物质，也不是能量! 信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，客观世界中大量地存在、产生和传递着以这些方式表示出来的各种各样的信息。信息论的创始人香农认为：“信息是能够用来消除不确定性的东西。” 信息就是指以声音、语言、文字、图像、动画、气味等方式所表示的实际内容。 信息是抽象于物质的映射集合。 信息是有价值的，就像不能没有空气和水一样，人类也离不开信息。因此人们常说，物质、能量和信息是构成世界的三大要素。所以说，信息的传播是极具重要与有效的。 信息是事物的运动状态和过程以及关于这种状态和过程的知识。它的作用在于消除观察者在相应认识上的不确定性，她的数值则以消除不确定性的大小，或等效地以新增知识的多少来度量。虽然有着各式各样的传播活动，但所有的社会传播活动的内容从本质上说都是信息。 目前对信息这个概念的描述很多很繁杂，但是却不能涵盖信息的本质特征。其实，用一个词就可以说明信息的本质：记录。具体表述为：信息是事物在相互作用中所“刻画”出的记录。 2、什么叫系统宇宙中的一切事物都处在不停地运动中，物质的一切运动或状态的变化，广 义地说都是一种信号，即信号是物质运动的表现形式。例如机械振动产生力的信号、位移信号及噪声信号；雷电过程产生声、广信号；大脑、心脏运动分别产生的脑电和心电信号等。在通信系统中，信号就是传送各种消息的工具。所谓消息，就是通过某种方式传递的声音、文字、图像、符号等。例如，电话中传送的声音，电报中传送的电文，电视系统中传送的图像，雷达中测出来的目标距离、方位、速度等数据。通过各种消息的传递，使受信者获取各种不同的信息。各种变化着的信号从来不是孤立存在的，信号总是在系统中产生又在系统中不断传递。所谓系统（system）,就是由若干相互作用的单位组成的具有一定功能的有机整体。系统是普遍存在的，在宇宙间，从基本粒子到河外星系，从人类社会到人的思维，从无机界到有机界，从自然科学到社会科学，系统无所不在。按宏观层面分类，它大致可以分为自然系统、人工系统、复合系统。（1）自然系统：系统内的个体按自然法则存在或演变，产生或形成一种群体的自然现象与特征。自然系统包括生态平衡系统、生命机体系统、天体系统、物质微观结构系统以及社会系统等等。 （2）人工系统：系统内的个体根据人为的、预先编排好的规则或计划好的方向运作，以实现或完成系统内各个体不能单独实现的功能、性能与结果。 人工系统包括立体成像系统、生产系统、交通系统、电力系统、计算机系统、教育系统、医疗系统、企业管理系统等等。 （3）复合系统 ：复合系统是自然系统和人工系统的组合。复合系统包括导航系统、交通管理系统和人一机系统等等。系统的的规模可大可小，视实际需要而定，如通信系统包括接收机、发射机和计算机等，它们是通信系统的组成单位，它们本身又是一个较小的系统，称为子系统；而一个电容元件具有存储电荷的功能，也可以看作一个小系统。二、 信息与系统的历史及其应用1、信息与系统的发展历史在众多的科学领域中，信号与系统学科的发展令人兴奋激动不已。1984年创立的三大科学思想和理论，即系统论、信息论和控制论成为许多学科的理论根基。系统论是美国生物学家贝塔朗菲创立的，他为确定适用于系统的一般原则做出了贡献。信息论是美国数学家香农创立的，它成为现代通信理论的基础。控制论是美国数学家维纳提出的，它促进了自动控制、通信、计算机、人工智能理论及应用的发展。任何科学理论的创立都不是偶然的。系统论、信息论和控制论的提出，都是在吸取前人许多成果的基础上通过深刻的思考建立的。1822年，发过数学家傅里叶（J.Fourier,1786-1830）证明了将周期信号展开为正弦级数的理论，成为信号的分析和处理打下了基础。法国数学家拉普拉斯（P.S.Laplace，1749-1825）于19世纪初提出了拉普拉斯变换方法，为后来电路和系统的分析提供了有力的工具。1831年，英国人法拉第（M.Faraday,1791-1867）发现了电磁感应现象。1837年，画家出身的美国人莫尔斯（S.F.Morse,1791-1872）发明了电报。1844年5月24日，拍发出世界上第一封电报。（图1为莫尔斯及早期的电报机）（图1） 1864年，苏格兰科学家麦克斯韦（J.C.Maxwell,18311879）提出了电磁波理论。1876年，美国人贝尔 （A.G.Bell,1847-1922）虽然不懂电学和机械，但他凭借造福人类的激情和毅力发明了电话。（图2为贝尔及早期的电话机） （图2）1894年，意大利的马可尼（G.Marconi,1874-1937）和俄国的波波夫分别发明了无线电。没有受过正规大学教育的20岁马可尼利用赫兹的火花振荡作为发射器，实现了无线电信号的传递。1899年3月28日，他实现了真正的无线电通信，通信距离可达十几公里以外。（图3为马可尼及其无线电（图3） 收发报机）1907年，美国人福斯特（L.D.Forest）发明了真空三极管，实现了对微弱信号的放大。1946年，第一台电子计算机（ENIAC）在美国宾州大学莫尔电子工程学院研制成功。（如左图4）1947年，美国贝尔实验室的布拉丁、巴丁和肖克利研制成功第一只点接触晶体管，翻开了半导体应用历史的第一页，大大促进了电子工程、通信、计算机、电视等技术的发展。广播、现代通讯、微电子、航天等领域的发展也是令人难忘的。1912年，阿姆斯特朗组装了第一台超差外收音机。1916年，实现了人类第一次语言和音乐的无线电广播。1925年，英国的贝尔德（J.L.Baird,1888-1946）发明了电视。（如左图5） 1954年彩色电视节目试播成功。1958年9月12日， 美国的基尔比（Kilby,1923-）利用半导体单晶硅材料研 制成第一片集成电路。1965年，世界第一颗地球同步通信卫星发射升空，从而推动了电话、电报、数据传输和电视转播的革命。这些成就，又反过来促进了关于信号、信息、系统的理论不断完善。2、信息与系统在人们生活中的应用在实际的生活中信息与系统的发展将人类的生活变得更加美妙，给人们的生活赋予了丰富的色彩。（1）信号分析技术 信号分析技术在工程中的应用是非常普遍的。在无线电、通信、控制等领域中要对各种信号进行探测、放大、压缩、处理和显示。离开信号分析，人们将无法听见、看见或识别各种不同的信号。在电力工程中有大量的动态信号需要分析。分析这些信号具有重要意义。例如，电力网络中通常存在许多大的非线性负载，是电网电压及电流的波形发生畸形，产生大量高频分量，分析并设法减小高频分量对电力网络的影响，对系统安全运行非常重要。（2）信号处理 信号处理就是对信号的加工和转换。如信号的数据压缩、电话的回声抑制、地震信号的拟合、图像增强、图像恢复等。信号的处理的实现方法很多，如模拟滤波、数字滤波、卷积处理、快速傅里叶变换等。它们都是对表现信息的信号进行加工处理，是信号所包含的信息成为人们所需要的形式。 计算机处理的X线断层扫描就是图像处理的典型例子。它获得X线机产生的信号后，将其转换为可识别的图像，其中包含的信息可以用来诊断疾病。生活中我们每家每户的必备家电-电视机，也是通过一系列的信号处理来获得图像，给人们带来欢乐的。以传统CRT为例，电视机通过天线或有线电视线，接收到电视台发射过来的高频电视信号-经过高频头选频，选到所需要的电台频率，再经过变频，变成中频信号-送给电视机的中放电路-放大、处理后将音频、视频和同步信号分离-音频信号送给功放放大-推动喇叭发出声音。 -视频信号送视频解码器-分离出红、绿、兰、信号，分别送给显像管的RGB电子枪，驱动显像管，还原图像。 -同步信号分离后，分别送给行、场扫描电路，控制电视机本身的行、场扫描频率和电视台发送过来的频率保持一致。 同时，电视机内部还有电源电路为机器提供能源。 行、场扫描电路为显像管提供各种所需要的电压。行场电路类似人的画笔，根据接收到的电视信号，画出不同的固定画面，以每秒25张的速度（隔行扫描）在荧光屏上显示出来，因为速度很快，肉眼看起来，就是活动画面了。（如下图6）（3）通信系统 通信系统是产生、传递、分配信息的电气系统。众所周知的电视设备、发报机、接收机、探测宇宙的电子望远镜、地球同步卫星系统、定位飞机和导弹飞行情况的雷达系统及电话系统等，都广泛应用着通信系统。 以电话为例，首先电话机将声波转换为电信号，再将电信号传递到交换中心。在交换中心，它和数千个其他电话信号组合在一起，组合以后的信号从交换中心发出，经同轴电缆到微波站。当信号转换为微波后经发射天线传播到空间，再经通信卫星转送到接受天线。天线接受到的微波信号再经解码分离等处理，最终在用户电话中还原为声音。 （4）计算机系统 计算机的重要应用之一即使处理信息，包括文字处理和数字计算。计算机它们所完成的工作就是信息处理、识别、存储、分析、仿真以及在终端显示、打印或控制工程对象。（5）控制系统 控制系统是用电信号控制生产过程、航空航天器飞行、机器运转、汽车行驶等众多对象。从对温度、压力、流量的控制，到电梯中电机和灯光的控制；从飞机的自动导航到自动着陆系统，都离不开对信号与系统的精确应用。三、 信息与系统的前景信息与系统理论无时无刻不应用在人们的生活中，它的发展带给了人们更加美妙的世界。人类通过对各种不同频率的信号的分析，把信号应用在不同的领域内得到了意想不到的结果。在我们的生活中，随处可见它的应用。信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频(高频)发射，这里的射频波就是载波，把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。数字信号处理已经渗透到当今汽车的各个角落，从引擎控制到娱乐系统。全球汽车年销售量已达6000万辆，对信号处理技术来说汽车应用是一个巨大的市场。据BDTI预测，全球针对汽车电子的信号处理市场将从2003年的1亿6千万美元增长到2008年的3亿6千万美元。如下图7所示 （图7）信号处理也广泛应用于汽车娱乐和信息系统，我们将之统称为“信息娱乐”系统。信号处理可用于实现移动电话和蓝牙信号传输等通信功能，也可实现均衡和MP3解码等音频功能。最近，信号处理也开始应用于DVD播放等视频设备。近年来，信号分析与处理也在生物医学工程中得到了迅速的发展。通过传感器将脑电、心电、脉电及血流等许多生物电信号收集起来并分析，对疾病的研究与诊断起了重要的辅助作用。目前医疗中采用的断层摄影技术就是把信号处理技术应用于医学工程的典型例子。它利用射线及超声波从不同角度对人体进行扫描，获得人体内部各个断层的生态信号，然后对这些信号加工处理，最后将人体各部分以清晰的图像显示于屏幕上或X线底片上，以指示出内部器官的微小病变。纵观历史，信息与系统在我们的生活中起着无法代替的作用。长波通信、导航、声呐、海上无线电、电视机、 （a）雷达 （b）海中声呐电话、调幅调频广播、无线探空、卫星通信、雷达、铁路通信、传感检测、光通信、物理化学处理、医学影像、天体物理等无不是应用了 （d）医学影像 信号与系统理论。信号与系统、信 (c) 海上无线电 （图8） 息处理理论的不断发展，将进一步引起工业系统、通信系统、控制系统、计算机系统、测量系统、生物医学系统的重大变革。 结 束 语 社会在不断地进步，科技的进步与技术的创新揭开了人类美好生活的序幕。人们在不断创造科技技术，而先