EN - TMI - Curso Engenheiros Navais – ramo Armas e Electrónica
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Percorrer EN - TMI - Curso Engenheiros Navais – ramo Armas e Electrónica por orientador "Damas, Bruno"
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- Desenvolvimento de um tradutor NMEA para ASPNPublication . Pina, Catarina de Sousa e Faro Antunes; Viegas, Vítor; Damas, BrunoA presente dissertação aborda a crescente complexidade e diversidade de sistemas de navegação que tornam essencial a criação de soluções capazes de integrar dados provenientes de diferentes fontes de forma fiável e acessível a múltiplas plataformas. Assim, foi desenvolvido um sistema modular destinado à interoperabilidade de dados de Posição, Navegação e Tempo (PNT), com foco na conversão de mensagens segundo o protocolo National Marine Eletronics Association (NMEA) para um formato padronizado em Extensible Markup Language (XML), seguindo a norma All Source Positioning and Navigation (ASPN). O trabalho desenvolvido incidiu na conceção, implementação e validação de um sistema capaz de receber dados de um recetor GPS, interpretar e validar as mensagens NMEA, convertê-las para XML e redistribuí-las em rede via User Datagram Protocol (UDP) multicast. O sistema foi desenvolvido segundo uma arquitetura modular, o que permite a integração de componentes específicos em diferentes fases, como um módulo parser, tradutor de protocolo, e uma interface gráfica. Esta abordagem garante que existe facilidade na manutenção do sistema bem como o potencial para uma possível expansão futura. A validação experimental passou por três fases distintas. Inicialmente foram utilizadas mensagens NMEA simuladas em ambiente local, garantindo que o sistema conseguia interpretar os dados recebidos. Uma vez concluída esta fase, integrou-se um módulo u blox 7M-NEO que fornecia dados Global Positioning System (GPS) reais. Os ensaios culminaram num contexto operacional, a bordo de um navio, onde foram testados todos os procedimentos implementados anteriormente. Os resultados obtidos demonstraram que o sistema manteve a consistência ao longo do processo, assegurando a tradução e posterior distribuição em rede. Os resultados evidenciam que a solução desenvolvida é robusta e adequada para aplicação em cenários reais de interoperabilidade PNT, validando o uso do XML como formato comum para integração de sistemas heterógenos. Este trabalho contribui para a simplificação da gestão de dados de navegação, promovendo a interoperabilidade entre diferentes equipamentos e protocolos.
- Desenvolvimento do Sistema "Swarm Navigation"Publication . Lopes, Afonso Jorge Cardoso; Lobo, Víctor Sousa; Damas, BrunoA dissertação de mestrado apresentada insere-se no desenvolvimento do atual projeto europeu, Swarm of Biomimetic Underwater Vehicles. Este divide-se em duas etapas, tendo sido a primeira etapa representada pela construção de um veículo biomimético e a segunda pelo desenvolvimento de um cardume de veículos de baixo custo. A segunda etapa do projeto SABUVIS, iniciou-se com a construção do primeiro protótipo de um desses veículos, denominado de Tobias. O foco principal desta etapa é a construção de um modelo de swarm, composto por diversos veículos, com capacidades operacionais idênticas ao protótipo já desenvolvido e de baixo custo. Este modelo tem como foco possibilitar a concretização de operações com uma tipologia benéfica para a Marinha Portuguesa, como a recolha de dados em missões do tipo reconhecimento e vigilância, a monitorização e reconhecimento de determinadas áreas ou a guerra anti-submarina. O trabalho apresentado pretende realizar o desenvolvimento de um modelo de swarm, inicialmente com veículos de superfície, que futuramente possa ser inserido nos protótipos realizados. No modelo construído, são utilizados veículos de superfície diferenciais, isto é veículos apenas com dois veios e sem leme, devido à possibilidade de utilização de um maior número de veículos deste tipo e devido ao menor nível de complexidade perante veículos de sub-superfície. A construção deste modelo é realizada em diversas etapas como, a preparação e adaptação de um simulador realista já existente, denominado de USVSim através do desenvolvimento de algoritmos de controlo de trajetória e seguimento, com a realização dos seus respetivos testes. Após esta adaptação, foi concebido um sistema de controlo descentralizado, através de uma ferramenta de comunicações descentralizadas, o Multimaster, sendo os seus testes o controlo da formação dos veículos e a atribuição de tarefas especificas a cada um dos membros do grupo. Pretendia-se implementar esses algoritmos num pequeno swarm de USVs, a construir para o efeito, mas devido a problemas na obtenção no material, tal não ix foi possível, sendo o trabalho desenvolvido inteiramente em simulação. Para tal, foi utilizado um simulador realista que opera em ambiente ROS. No entanto foi feito o levantamento do hardware necessário para construção futura desses veículos. O modelo desenvolvido foca-se na coordenação e planeamento entre os indivíduos do grupo, permitindo a implementação em veículos com características distintas, permitindo um maior número de áreas de atuação.
- Design and Study of a Wearable Antenna for Aquatic CommunicationPublication . Candeias, Catarina Calvão; Felício, João Monteiro; Damas, Bruno ; Fernandes, Carlos A.Efficient communication in aquatic environments remains a significant engineering challenge, due to the high permittivity and conductivity of water, which cause severe attenuation of electromagnetic waves. This dissertation explores a practical solution: the design and simulation of a wearable antenna integrated into a swimmer’s suit, aiming to enable reliable short-range, of a few centimeters, communication between the user and an external receiver. Such a system is particularly relevant in scenarios where mobility, comfort and operational efficiency are essential, including aquatic sports, search-and-rescue missions and military operations. The antenna was designed to operate at 2.45 GHz, a frequency within the Industrial, Scientific and Medical (ISM) band, due to its compatibility with low-power wireless protocols such as Bluetooth. A theoretical analysis of electromagnetic wave propagation in water was conducted, including the impact of human tissue and water attenuation and material influence. Link budget calculations and analytical models were used to compare multiple operating frequencies and to define antenna positioning scenarios. Two antenna topologies were initially analyzed through numerical simulations using CST Studio Suite, the Inverted-F Antenna (IFA) and a Slotted Patch antenna. The latter antenna was selected and further optimized for integration into a flexible neoprene layer, simulating realistic wearable conditions near the human body. Further studies concluded that this antenna was sensitive to water layers changing its resonant frequency significantly. A search for an alternative antenna was needed. The study introduced a third antenna, the Wearable Parallel Patch Antenna (WPPA), simulations and experimental work were conducted and prevailed and the trials demonstrated good enough results for its fabrication. A homogeneous phantom was fabricated to replicate the dielectric properties of muscle tissue at 2.45 GHz, enabling realistic physical testing of the antenna in aquatic and non-aquatic environments. Experimental measurements were conducted using the fabricated antenna, and the final results showed a good agreement with the simulations. The WPPA exhibits a linear polarized antenna with a bandwidth of |S11| < 10dB, achieving a gain of -5.11 dBi in the water environment and 6.36 dBi in the air environment. To enable data collection from the WPPA, an ESP32- CAM microcontroller with integrated Bluetooth was connected to it, while a second ESP32-CAM was linked to the receiving antenna positioned outside the aquatic environment. This setup allowed the external antenna to capture both the distance between the two antennas and the Received Signal Strength Indicator (RSSI). Future research would be valuable to further investigate the practical application of this approach, particularly in using ESP32-CAM units with external antennas for wireless real world implementations.
- Localização e navegação em ambientes com disrupção de sinal GNSS usando unidades inerciais, odometria e outros sensoresPublication . Barata, Tomás dos Santos; Damas, Bruno; Viegas, Vítor; Conceição, Vítor F. Plácido daOs Sistemas Globais de Navegação por Satélite (Global Navigation Satellite System, GNSS) providenciaram um aumento significativo do rigor e disponibilidade de dados de Posicionamento, Navegação e Tempo (PNT), no entanto, esta vantagem expôs também vulnerabilidades nas infraestruturas críticas, pela dependência destes sistemas. A emergência dos veículos autónomos potencia ainda mais a criticidade desta dependência, em particular em cenários militares onde é fundamental dispor de dados de navegação e posição robustos e resilientes. Este estudo apresenta uma via para aumentar a resiliência dos sistemas PNT, através da implementação de fusão sensorial utilizando um Filtro de Kalman Estendido (Extended Kalman Filter, EKF). Explora-se, também, a importância dos dados PNT em cenários de Navigation Warfare (NAVWAR). É apresentada uma visão abrangente dos sensores relevantes. Os princípios dos Filtros de Kalman são abordados com detalhe. O trabalho desenvolvido na dissertação envolve a integração de um conjunto de sensores num veículo terrestre não tripulado (Unmanned Ground Vehicle, UGV) incorporando um recetor GNSS e um Sistema de Posicionamento Indoor (IPS) ba seado em beacons para complementar os sensores já existentes, Unidade de Medida Inercial (Inertail Measurement Unit, IMU) e encoders para as rodas. São desen volvidos modelos cinemáticos e dinâmicos, juntamente com modelos dos sensores para IMU, odometria, GNSS e IPS. O estudo centra-se na implementação de EKFs para fusão sensorial. Adquiriram-se múltiplos conjuntos de dados em ambiente interior e exterior, resultantes de diversos ensaios reais com o UGV. Subsequentemente, realizou-se uma análise qualitativa e crítica dos resultados obtidos. Este trabalho, alinhado com um grupo de trabalho da NATO, contribui para o avanço de soluções PNT robustas e resilientes para sistemas autónomos que operam em ambientes de disrupção de sinal GNSS. As conclusões e os resultados do desempenho da fusão sensorial são apresentados nos capítulos finais da dissertação.
- Projeto e desenvolvimento de um veículo autónomo biomimético de subsuperfíciePublication . Araújo, Hilário Filipe Rocha; Damas, Bruno; Viegas, VítorA presente dissertação de mestrado enquadra-se na continuação do projeto europeu Swarm of Biomimetic Underwater Vehicles. Na anterior etapa do projeto, ao nível nacional, foi construído e desenvolvido um veículo biomimético “mãe” apelidado Petinga. A segunda etapa do projeto, em fase de submissão, pretende desenvolver um swarm que contenha outros veículos, com menores capacidades operacionais e de mais baixo custo e que permitam a execução de missões de forma cooperativa. Um desses veículos será o protótipo descrito ao longo desta dissertação. Desta forma será possível utilizar um cardume de veículos biomiméticos em missões operacionais da Marinha Portuguesa, tais como Intelligence, Surveillance and Reconnaissance, Mine Counter Measures, Anti-Submarine Warfare, investigações hidrógrafas e oceanógrafas, entre outras. Nesse contexto, pretende-se construir mais veículos biomiméticos, de baixo custo, que permitam a execução de missões de forma cooperativa. Neste trabalho pretende-se construir o primeiro protótipo para um desses veículos, nas seguintes áreas: escolha de sensores, sistemas de comunicações e sistema de processamento; concepção da arquitectura de software que equipará o veículo bem como definição do middleware a utilizar; elaboração de drivers para os sensores e sistemas de comunicações que equipam o veículo; e integração e testes. O primeiro protótipo é um veículo biomimético de subsuperfície (em inglês Biomimetic Underwater Vehicle) chamado Tobias. Foi construído para ser utilizado na costa portuguesa a uma profundidade máxima de 10 metros, com uma autonomia de 2 horas e com comunicação acústica, WiFi e Global System for Mobile Communications. Com perfil biomimético, possui uma cauda, constituída por dois servos e duas barbatanas dorsais que são atuadas por um servo cada uma. Para controlo da flutuabilidade será utilizado um sistema de bexiga artificial. Ao nível dos sensores deverá ser equipado com um sonar frontal para evitar obstáculos, uma câmara, um sensor inercial, um sensor de pressão, um recetor Global Navigation Satellite System. Como unidade de comando e controlo utilizar-se-à a placa Jetson Nano que correrá o software. A framework adotada para desenvolvimento do software do veículo será o Robot Operating System.