——记东南大学信息科学与工程学院教授陶俊

　　□　武光磊

　　
　　
　　2012年6月24日，这是注定要被写入中国载人深潜历史的一天。这天，伴着太平洋海面的波涛汹涌，我国首台载人深潜器“蛟龙号”正做着深潜7000米海试第四次下潜前的“热身”准备。与海浪一同翻滚的还有无数海试队员们的心，谁也不知道下潜过程中会发生什么，结果又会是如何。
　　时间一分一秒地过去，终于到了下潜的关键时刻。通过水声通信机，“蛟龙号”首先与母船“向阳红09”建立了稳定的通信联系，各种相关数据也随之不断地传到指挥室中。随后，当“蛟龙号”潜至7020米，试航员又成功使用通信机的水声电话功能向指挥室报告深潜突破7000米的那一刻，整个指挥室“沸腾”了。“蛟龙号”创造了我国载人深潜的新纪录，并在后续作业中多次传回清晰的图像数据。而在其中发挥关键作用的仍然是“蛟龙号”上搭载的水声通信机。
　　在万里之外的大洋彼岸，有一位与水声通信结缘十几年之久的科研人员同样目不转睛地关注着电视上正在直播的“蛟龙号”下潜画面，直到数据传输成功，他心里的一块石头才终于落地。他就是东南大学信息科学与工程学院教授陶俊，十几年来，他始终扎根于无线通信领域里，尤其在水声通信研究领域做出了多项突出贡献。对他来说，能够使水声通信技术成功得到应用，就是身为一个水声通信研究者最大的价值所在。
　　

探寻通信之谜

　　水声通信，顾名思义就是将声波作为载体，在水下进行信息传输的一项技术，是当前海洋军事与民用中最为重要和关键的技术之一。即便是在陆地上，通信也会存在各种不便之处，在水下更是异常困难，这主要是由于水声传播信道的时变多径效应、多普勒效应、可用频带窄、信号衰减严重等原因造成的，特别是在长距离传输中这些“小缺点”更会被放大。
　　为了克服这些缺点，陶俊从2007年年底便开始从事水声通信研究。当时他还在美国密苏里大学电气与计算机工程系攻读博士，起初研究方向主要偏重无线电通信，后来在导师的建议下，他才与水声通信结缘，并对其产生了极大的研究兴趣。“无线电通信有时是一种看不见摸不着的技术，而水声通信都是在一定实验数据的基础上展开的，不再给我一种纸上谈兵的感觉。”陶俊表示。有了兴趣的支撑，陶俊在Turbo均衡及其在水声通信中的应用方面逐渐形成了自己的研究特色，同时也形成了一定的国际影响力。他于2011年受邀在美国海军内刊U.S.Navy Journal of Underwater Acoustic上发表了水声通信迭代检测相关文章。
　　可博士毕业后，陶俊刚刚打开的兴趣大门就被暂时关闭了。2011年年底，他加入美国高通（Qualcomm）公司任高级系统工程师，从事UMTS/LTE基带芯片的研发工作，期间鉴于在Trahira UMTS Modem研发中做出的突出贡献，获得高通公司Qualcomm Qualstar Diamond Award。尽管在工业界发展顺利，但陶俊心中始终有一股“科研情结”，工作期间他也一直在思考科研对自己的意义。
　　随着时间的推移，他发现自己还是割舍不掉对科学的情感，为此，在美国高通公司工作一段时间后，他开始重拾科研。在一点点找回对科研熟悉感的过程中，他发现了新的研究角度。“我发现自己先前在无线通信领域里积累的经验可以引入到水声通信研究中。”加上他本科及硕士期间的母校——东南大学在无线通信领域里一直都是国内的“佼佼者”，陶俊产生了回国的想法。为了重新延续与水声通信的缘分，2016年，陶俊来到东南大学信息科学与工程学院任职，继续探寻水声通信的秘密。
　　

聆听深海之声

　　回国后，陶俊仿佛找到了科学归属感，国家对通信领域的扶持与投入不断加大，他直言自己赶上了研究水声通信的好时机。
　　2017年，他在有关预编码OFDM水声通信的工作上取得了较大进展，成果发表在海洋领域知名期刊IEEE Journal of Oceanic Engineering上，被IEEE海洋工程协会（OES）官方报道，并多次被列为该期刊月最受欢迎文章前两名（每月列出该期刊创刊40多年来所有发表文章的前50名）。
　　而在水声通信稀疏自适应均衡技术上，陶俊基于比例调节思想，研究了IPNLMS稀疏自适应Turbo均衡，通过了SPACE08试验数据的验证，结果表明其显示了优于标准NLMS自适应均衡的性能，成果发表在IEEE Journal of Oceanic Engineering上。同时，他在基于稀疏范数正则化自适应均衡方面，研究了基于L1范数正则化的SZA-NLMS稀疏自适应均衡。此外，一直以来，陶俊在基于信道估计的均衡方面都有广泛研究，积累了丰富的水声通信外场试验经验。
　　在提高自身知识技能的同时，我国水下无人平台技术、传感器技术以及信息技术也在飞速发展，想要跟上技术的发展脚步，就要在科研上更加不遗余力。为了满足国家在海洋探测上对高速可靠移动水声通信提出的迫切需求，陶俊又有了新的研究计划，他决定从2019年开始采用单载波技术，研究其在高速率移动传输条件下的均衡问题。
　　目前，他对整个研究过程已经有了详细的规划。一方面，他意识到当前在水声通信领域里，普遍对水声信道均衡器稀疏特性还缺乏系统与全面的认识，为此他提出要结合实际应用需求，对稀疏系统FIR逆系统的稀疏性进行分析，了解FIR均衡器的稀疏特性。另一方面，面对水声通信要求的不断提高，陶俊打算找到针对传统单载波自适应均衡技术所面临的性能和复杂度问题的突破口。其一，他决定首先将结合比例调节与稀疏范数正则化的稀疏自适应算法应用于均衡，以提高收敛速度和性能，同时他还计划结合部分系数调节算法，以便降低均衡复杂度；其二，陶俊打算将动态压缩感知技术用于自适应均衡，以此来实现对均衡器稀疏结构和系数值的同步跟踪，这样一来，他预计既可以提高性能还可以节省计算量，可谓一举两得。
　　与此同时，陶俊还发现，基于信道估计的单载波均衡技术，在实际应用中存在诸多不足，为此，他基于稀疏自适应信道估计，提出应用卡尔曼均衡技术。他表示，这样能够有效利用信道估计与跟踪信息，避免均衡器系数求解，并进一步借助快速算法达到实用化要求。对于自适应信道估计与跟踪，陶俊推陈出新，计划基于稀疏卡尔曼滤波技术来进行接下来的研究。虽然结果还未见分晓，但陶俊已信心满满，蓄势待发。
　　

传递水声之魅

　　宝剑锋从磨砺出。陶俊在观看《大国工匠》这一节目时，感受颇深。他发现也许每个人接受的文化不同、年龄有别，但都有一个共同的闪光点，那就是对自己所从事工作的热爱。节目中，有人能在如牛皮纸薄的钢板上轻松焊接而不出现一丝纰漏，有人能把密封精度控制在头发丝的1/50，还有人的检测手感堪比X光般精准......这些无一不令陶俊深深叹服。他认为水声通信领域同样如此，只要找准方向，凭借传承与钻研，必定能够匠心筑梦。为此，多年来，他甘为人梯，为莘莘学子传递着水声通信的魅力。
　　在培育学生的过程中，他会帮助每一位学生找到适合自己的研究方向，让他们少走弯路。“我在学生时代因条件受限，多数时候只能靠自己摸索。”陶俊无奈地说道。因此，他会分析学生的兴趣所在，在兴趣的前提下选择最合适他们的研究方向。
　　此外，陶俊时常强调科研中坚持的重要性。他表示，科研是一段艰苦且极其漫长的历程，很多学生在这段过程中叫苦连天，甚至有时还想半途而废，陶俊便时不时鼓励学生坚定地走下去，也许过程坎坷，但终点一定是绚丽多彩。他还鼓励学生多“走出去”，飞到更广阔的天地。他也在与学生参加国际会议、与国内同行进行学术交流的过程中，了解了很多有关水声通信的前沿新知。
　　巨大的建筑，都是由一木一石累积起来的，陶俊在水声通信领域里做出的多项突出贡献，同样是用一点一滴的坚持与付出换来的。未来，他仍会鼓足干劲，在布满荆棘的地方开辟出一条通向水下的信息之路。