本发明涉及一种基于离散余弦变换的水声信号压缩矩阵优化方法，首先，针对单频水声信号进行离散余弦变换，以获得稀疏表达，与之对应的压缩矩阵初始条件下为高斯随机产生的元素构成。采用字典矩阵和压缩矩阵相关性最小构造目标函数，并结合最陡梯度法迭代寻优得到优化的压缩矩阵，将压缩矩阵对单频水声信号进行压缩，再将压缩后的信号进行传输，在接收端，结合正交匹配追踪恢复算法对信号进行恢复。本发明在最陡梯度法寻优策略下，对高斯随机矩阵进行优化，进而获得优化的压缩矩阵。由于压缩矩阵与字典矩阵互相关性最小，使得本发明产生的优化压缩矩阵对稀疏信号的恢复具有很大的优势。