杨小牛长期从事通信信号处理技术研究工作。20世纪90年代初，杨小牛首次提出并成功研制具有国际先进水平的宽带数字接收机，填补了中国国内该领域的空白；21世纪初，杨小牛主持研制了中国国内第一套综合电子信息控制系统，取得了显著的军事和经济效益；杨小牛作为某领域首颗卫星有效载荷研制总指挥，首次提出并指导实践基于软件无线电思想的多功能一体化卫星载荷新体制，有效解决原方案中存在单点失效故障的致命缺陷，并在后续卫星项目中获得全面推广应用，有力推动了特种军事航天事业的快速发展；杨小牛率先提出军事电子信息系统新一代体系结构，并在多个重点型号中全面推广应用，使装备技术体系从数字化走向软件化，实现可重构，全面引领装备技术发展和体制转型。提出了“电磁环境利用”、“软件星”等创新思想。