主题：【原创】史上最美的科技女性－－Hedy Lamarr -- 沧浪

花之

不小心破坏了文章的连续，请版主把我的回帖删了

言归正传，其时可能也是Hedy开始厌倦当花瓶的生活，正在考虑退出米高梅公司，到华盛顿特区去为新成立的国家发明者委员会（National Inventors Council）服务。于是名演员和艺术家同志一拍即合，切入点就是鱼雷的无线电控制系统。为什么选择这个课题呢？这要从当时的战况说起。大家知道二战初期美国总统罗斯福就已经预见到了德国的巨大威胁，眼看着其坐大心急如焚，然而美国老百姓却不买总统的帐，这些个升斗小民就知道关起门来过太平日子，浑没想到希特勒一统西欧后会是怎样可怕光景。但是事实上实现元首终身制的罗斯福老奸巨猾非常人能比，到底还是折腾了一个租借法案，将武器装备源源不断的接济给与德军战得如火如荼的英法联军。因此，对于大西洋海域的封锁，便成为德军战略计划中极为关键的一环。由于当时德军一则难以派舰队到大西洋上大规模拦截，二来自一战起便积累了打潜艇战的丰富经验，所以德国潜艇便成为当时切向大西洋供给线上的一柄利刃。据统计，1941年上半年，德国潜艇击沉了756艘驶向英国港口的商船，还打坏了1450艘。如果这种损失有增无减，损失的吨位不久就会超过英美两国造船厂补充能力的两倍。对于如此有力的武器，纳粹德国当然极为重视，强化潜艇的战斗力一直是后方军火商和研究机构一大课题。二战前的鱼雷发射，只能做直线瞄准，而且发射以後因为海浪及其他众多变数，往往会错失目标。所以纳粹德国极希望开发出利用无线电波来无线遥控鱼雷的控制系统。于此同时，为了预防敌军也用同一波段的无线电干扰己方的控制，德国也开发出一些防干扰的无线通讯技术。前面说到，Mandl正好参与了这类设备的开发和制作，Hedy则籍此积累了相当的经验和想法。

基于秘密通讯系统（Secret Communications System）的想法，Hedy和George开始了研究工作，希望开发出能够抵挡敌军电波干扰或防窃听的军事通讯系统。要知道，自古以来战时军事通讯的保密与否几乎可以决定战争的胜败，U571上德美海军为了Enigma的性命相搏，太平洋战争时日本海军元帅山本五十六的陨落，无不证明着秘密通讯的重要性。

当然，这个观念并非Hedy所提出。她的创造，在于将跳频技术（Frequency-Hopping）应用于其中。所谓现代军事上广泛应用的跳频技术，全称展布扩频技术（Frequency-hopping spread spectrum (FHSS)） ，简而言之，便是在发射和接收两端，同时用数个窄频信道传播信息，这些信号按一个随机的信道序列发射出去，接收端则按相同的顺序将离散的信号组合起来。这种技术的优点在于：

1 保密性极好：对于不知信道序列的接收方来说，接收到信号与背景噪声无异

2 抗干扰能力极强：由于接收端只需要对数个特殊频段的特定序列信号敏感，对一般的噪声免疫力很好。而敌方又不可能实现全频段的干扰，所以只能看着对方的通讯干瞪眼。

3 容易实现频段共享：由于FHSS使用的单个信道很窄，而且只是相当于增加了一些小噪声，控制得好的话，这个频段依然可以被其他通讯所使用。

至于扩频通讯的原理，由于并非我的专业，且偷懒抄一段技术文档共有兴趣的朋友参考学习。

在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用：

C = B × Log2 (1+ S/N)

式中：C是信道容量、单位为比特每秒(bps)，它是在理论上可接受的误码率(BER)下所允许的最大数据速率；B是要求的信道带宽，单位是Hz；S/N是信噪比。C表示通信信道所允许的信息量，也表示了所希望得到的性能，带宽B则是付出的代价，因为频率是一种有限的资源，S/N表示周围的环境或者物理特性(障碍物、干扰发射台、冲突等)。

用于恶劣环境(噪声和干扰导致极低的信噪比)时，从上式可以看出：需要提高信号带宽B来维持或提高通信的性能。

修改上述公式的对数基底可得：

C/B = (1/Ln2) × Ln(1+S/N) = 1.443 × Ln(1+S/N)

应用MacLaurin级数：Ln(1+x) = x – x^2/2 + x^3/3 – x^4/4 + ...+ (-1)^(k+1) x^k/k +...:

C/B = 1.443 × (S/N – 1/2 × (S/N)2 + 1/3 × (S/N)3 - ...)

假定较大的噪声使信噪比远远小于1(S/N <<1)，则Shannon表示式近似为：

C/B ~ 1.433 × S/N

可进一步简化为：

C/B ~ S/N

因此，在信道中对于给定的信噪比实现无差错发射信息，我们仅仅需要提高发射的带宽。

George的贡献则在于解决设备间同步（synchronization）的问题，这个过程中他当初创作Ballet mécanique的经验发挥了很大的作用，因为这首异常复杂曲子中用到了16部自动钢琴（Player-piano）自动钢琴很象老式计算机，通过读入编好码的打孔纸带来演奏，为了协调好这些同时演奏的自动钢琴George着实在编码上费了一番心血也找到解决之道。现在看来Hedy和George的组合大概相当于理论学家和算法及编程高手，真是研发的绝配。因此，在他们最初实现跳频技术时也选用了类似自动钢琴上使用的打孔纸带来同步信道，甚至连信道数都参考了钢琴键的数目－－88个。

经过了数月的辛勤工作，这个构思已经初具雏形。1940年12月，两人将一份说明送交至国家发明者委员会。当时国家发明者委员会已经从社会各界积累了大量的创意点子，幸运的是Hedy和George的手稿落到了当时的主席Charles F. Kettering手里（这一位是通用引擎的研发领导人）。Kettering看过手稿之后颇感兴趣，便建议George和Hedy继续完善其构思，申请专利。要知道这个国家发明者委员会，也是相当了得的机构。至1974止，他们共收集了超过625,000份创意，其中只有极少数能够达到专利的阶段，可见Hedy他们的工作很受Kettering的器重。于是在加州理工学院（California Institute of Technology）一位电气工程学教授的帮助下，他们精心剔除了原先构思中的bug，终于在1942年8月，这项发明被授予美国专利（US patent #2,292,387）。在专利说明中，他们甚至指出可以通过高空的侦察机对鱼雷进行导航，这简直可以把当时的鱼雷变成水下寻航导弹!