本书系统地论述了鲸优化算法(whaleoptimizationalgorithm,WOA)在阵列综合领域中的应用,总结了几种由编著者提出的WOA改进算法的原理步骤,研究了具体的综合算例,针对这些算法和应用进行了方法对比分析和总结。本书共9章,主要内容包括阵列天线的基本概念,鲸优化算法原理与特点介绍,以及其改进算法在非均匀线阵面阵、波束赋形与重构、低副瓣阵列、阵列稀疏、深零点等方面的应用。本书内容新颖、系统性强,适合作为电子科学与技术、电子信息工程、通信工程、电子与计算机工程等学科领域的研究生或高年级本科生“阵列天线分析与综合”和“阵列天线”课程的教材，也可供从事阵列天线研发、算法分析与设计的科技人员参考。

本书是鲸优化算法在阵列综合中应用研究的成果。 鲸优化算法是 2016 年提出的一种启发式进化算法，其模拟自然界中座头鲸捕食行为的独特机制，非常具有代表性。 该算法通过模拟座头鲸的包围捕食、气泡网攻击和随机搜索等行为，展现出优秀的全局搜索能力和局部优化能力，在多个领域受到研究者的广泛关注。 其应用范围涵盖工程优化、机器学习、图像处理、经济预测等多个领域，表现出极高的实用价值。 未来，随着智能算法研究的深入和应用场景的拓展，鲸优化算法在解决复杂优化问题方面将具有极广阔的应用前景。
编著者最早将鲸优化算法应用到阵列综合领域，以此为起点，近十年来围绕鲸优化算法开展了一系列阵列综合方面的研究工作。 这些研究不仅填补了鲸优化算法在阵列综合领域的空白，还为其在实际工程中的应用提供了理论支持和实践验证。 部分研究成果已发表在国际重要期刊，如 Electronics Letters、Progress in Electromagnetics Research Letters 等，得到了同行的高度评价。 这些工作具有重要的理论意义和实用价值，也为同领域的研究者提供了有益的借鉴和参考。
本书详细阐释了鲸优化算法的基本原理，包括其数学模型、优化机制以及与其他智能优化算法的对比分析。 同时，书中还深入探讨了标准鲸优化算法中不同参数对算法性能的影响，如种群规模、迭代次数、收敛因子等，为读者提供了参数调优的指导。 此外，本书还系统论述了鲸优化算法在非均匀阵列综合、阵列的波束赋形和重构、低副瓣阵列设计以及阵列稀疏问题中的应用。 通过理论分析与实例验证相结合的方式，展示了鲸优化算法在解决复杂阵列综合问题中的优越性和适用性。
本书结构清晰，内容循序渐进。 全书共分为 9 章。 第 1 章介绍了本书的研究背景、历史发展、当前研究现状，并概述了全书的结构安排。 通过对阵列综合领域发展历程的回顾，读者可以了解该领域的研究热点和未来趋势。 第 2 章讲解了阵列天线的基础知识，包括阵列的辐射特性、方向图函数、阵列综合的基本概念等，同时详细阐释了鲸优化算法的原理及其应用特性，为后续章节的深入讨论奠定基础。 第 3 章重点探讨了非均匀阵列的设计方法。 通过实例展示了鲸优化算法在非均匀阵列低副瓣设计中的有效性，验证了其在降低旁瓣电平、优化主瓣宽度方面的优势。 第 4 章论述了如何将鲸优化算法与其他优化技术结合，形成混合算法，并应用于波束赋形与重构问题。 通过仿真实验验证了混合算法在提高波束控制精度和重构效率方面的效能。 第 5 章介绍了一种结合凸优化技术的混合鲸优化算法。 凸优化技术的引入使得算法在解决低副瓣阵列综合问题时具有更高的计算效率和更好的优化效果。 本章通过理论分析和实验验证，证明了该混合算法在方向图综合中的价值。 第 6 章提出了二进制鲸优化算法，并通过实例验证了其解决阵列稀疏问题的能力。该算法通过将连续优化问题转化为离散优化问题，为阵列稀疏设计提供了新的思路和方法。 第 7 章讨论了使用分解策略的多目标鲸优化算法。 多目标优化问题在实际工程中非常常见，本章通过引入分解策略，将复杂的多目标问题分解为多个单目标子问题，从而提高了算法的求解效率。 通过实例展示了该算法在阵列综合中的实际应用效果，为多目标优化问题的解决提供了新的工具。 第 8 章面对 MIMO 阵列设计中的差集构造与低副瓣综合难题，提出数学理论与智能算法深度融合的创新路径。 针对传统方法在稀疏度与辐射特性协同优化中的局限性，通过构建循环差集（CDS）与几乎差集（ADS）双模优化架构，实现数学约束与算法搜索的动态耦合。 第 9 章是本书内容的总结与研究展望。
本书在编著过程中参考了许多国内外的经典著作，在此向其作者表示由衷的感谢。
本书的出版得到了 2024 年度甘肃政法大学学术著作出版计划、甘肃政法大学网络空间安全省级重点学科建设经费和甘肃省高校教师创新基金项目（项目编号：2025A-139）的大力资助。 这些支持为本书的研究和出版提供了坚实的保障，在此一并表示衷心感谢。 同时，感谢所有在本书编著过程中提供帮助的同事、学生和朋友，他们的支持和鼓励是本书顺利完成的重要动力。
限于编著者水平，书中难免存在不足之处，希望广大读者批评指正。
编著者
2024 年 12 月

第1章绪论………………………………………………………………………………………11.1背景和意义…………………………………………………………………………………11.2早期阵列综合的研究进展…………………………………………………………………21.3近期阵列综合的研究现状…………………………………………………………………21.3.1WOA算法的研究现状…………………………………………………………………21.3.2其他进化算法在阵列综合中的研究现状………………………………………………41.3.3多目标进化算法的发展及其在阵列综合中的应用……………………………………71.3.4进化算法与凸优化的混合算法在阵列综合中的研究现状……………………………91.4主要内容和章节安排………………………………………………………………………9第2章阵列基本理论及鲸优化算法概述……………………………………………………122.1阵列天线方向图与基本辐射参数…………………………………………………………12

袁鹏亮，西北工业大学电子科学与技术专业博士，甘肃政法大学网络空间安全学院副教授，中国电子学会会员。主要从事网络空间安全、最优化算法、阵列综合等领域的理论与应用研究。主持完成地厅级项目2项，发表论文20余篇，其中sciEI论文20余篇。获国家留学基金委西部地区人才培养项目资助、省级市级技能大赛“优秀指导教师”、校年度优秀教师、蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛甘肃赛区优秀指导教师。主持厅级3项，校级项目2项。

本书系统地论述了鲸优化算法(whale optimization algorithm, WOA)在阵列综合领域中的应用,总结了几种由编著者提出的 WOA 改进算法的原理步骤,研究了具体的综合算例,针对这些算法和应用进行了方法对比分析和总结。
本书共 9 章,主要内容包括阵列天线的基本概念,鲸优化算法原理与特点介绍,以及其改进算法在非均匀线阵面阵、波束赋形与重构、低副瓣阵列、阵列稀疏、深零点等方面的应用。
本书内容新颖、系统性强,适合作为电子科学与技术、电子信息工程、通信工程、电子与计算机工程等学科领域的研究生或高年级本科生“阵列天线分析与综合”和“阵列天线”课程的教材，也可供从事阵列天线研发、算法分析与设计的科技人员参考。