AM - TIA - ENG - EEM - M - Mestrado em Engenharia Eletrotécnica Militar
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- Imagem Através da Parede (TWI) com Radar de Abertura VirtualPublication . Catarino, Ana Maria Azinheiro; Topa, António Luís Campos da Silva; Martins, Maria João MarquesA imagem de radar através da parede (Through-the-Wall Imaging – TWI Radar) é um campo emergente de investigação, com aplicações promissoras que vão desde a pesquisa e salvamento, aos cuidados de saúde e à segurança, tendo como objetivo a deteção, localização e identificação de alvos por detrás de obstáculos opacos. Assim, o radar é uma ferramenta fundamental neste processo, principalmente devido ao seu longo comprimento de onda, que permite a passagem do sinal através dos materiais de construção. No entanto, esta capacidade apresenta desvantagens, nomeadamente as reflexões multipercurso que são originadas pelo ambiente, o que pode reduzir a sua utilidade. Atualmente existem inúmeros métodos de obtenção dessa imagem de radar, que são abordados nesta dissertação, contudo existem desafios, pois nem todos estes métodos apresentam elevada precisão e tempo de aquisição de dados reduzido. Nesse âmbito, surge a necessidade de otimizar estes métodos, cumprindo os requisitos necessários e favoráveis à obtenção da imagem desses alvos usando o radar. Na presente dissertação apresenta-se uma proposta de utilização de um radar de abertura virtual (Virtual Aperture Radar - VAR), para obtenção de imagem através da parede bem como o desenvolvimento de um método que estima a posição, espessura e permitividade elétrica da parede.
- Inclusao de nanoantenas oticas nos UAVsPublication . Rocha, Gonçalo; Torres, Joao Paulo Neto; Martins, Maria Joao MarquesAo longo da Historia, a evoluc¸ ´ ao tecnol ˜ ogica, para as Forc¸as Armadas, tem surgido como uma ´ necessidade para se atingir a supremacia sobre o inimigo. Neste ambito, e desde os prim ˆ ordios da ´ aviac¸ao no in ˜ ´ıcio do seculo XX que o homem explora as potencialidades dos ´ UAV, tendo esta tecnologia ganho destaque nos ultimos anos pela sua capacidade de conduzir miss ´ oes sem p ˜ or em risco vidas ˆ humanas. Para alem disso, com a evoluc¸ ´ ao da nanotecnologia houve a capacidade de desenvolvimento de no- ˜ vos dispositivos, fabricados a uma escala nanometrica, nomeadamente os dispositivos designados por ´ nanoantenas ou antenas oticas, que t ´ em atualmente sido alvo de atividade de investigac¸ ˆ ao e desen- ˜ volvimento, procurando atingir a possibilidade de confinar a radiac¸ao eletromagn ˜ etica em dimens ´ oes ˜ espaciais mais pequenas que o comprimento de onda da luz no ar. A presente dissertac¸ao tem como objetivos estudar e caracterizar, numa perspetiva cl ˜ assica, uma ´ nanoantena otica que possa ser integrada no emissor ou recetor de um sistema de comunicac¸ ´ oes ˜ oticas de um ´ UAV. O trabalho de simulac¸ao no desenvolvimento da nanoantena foi feito com recurso ˜ ao programa de simulac¸ao˜ COMSOL Multiphysics
- Estudo comparativo de diversas nanoantenas óticas e sua integração em biossensoresPublication . Moura, Ricardo Manuel Gonçalves; Torres, João Paulo Neto; Martins, Maria João MarquesA área da nanotecnologia tem uma vasta amplitude e aplicação. Esta tem como base sistemas nanométricos com propriedades muito caraterísticas, podendo ser estas aplicadas, por exemplo, à segurança, saúde, desenvolvimento de armamento e comunicações. O objetivo principal deste trabalho consiste num estudo comparativo de uma nanoantena de tipologia Bowtie para operar com um biossensor e compará-la com outras tipologias já estudadas através da simulação, projeto e modelação deste mesmo biossensor baseado na tipologia referida. Neste trabalho foi realizado um estado da arte acerca de biossensores, nanoantenas óticas, propriedades óticas, agregados de duas antenas e transmissão ótica extraordinária, estudo teórico sobre comportamento dos metais em frequências óticas com respetiva explicação dos modelos de Drude-Lorentz, Brendel-Bormann e Rakic e a propagação de plasmões superficiais numa interface dielétrico-metal. De seguida comparam-se as teorias de difração clássicas de fendas maiores que o comprimento de onda (Fraunhofer, Fresnel e Kirchhoff) e as teorias de fendas menores que o comprimento de onda (Bethe e Bouwkamp). Foi definida a metodologia a seguir para a realização do trabalho, onde se define as diferentes camadas da pele e alguns parâmetros a analisar quando do dimensionamento do biossensor. Foi dimensionada uma nanoantena ótica Bowtie de forma a analisar o seu comportamento em regimes óticos e compará-los com a teoria já existente. Este dimensionamento também serviu para verificar a importância da componente real e imaginária da permitividade elétrica. Em relação aos resultados obtidos, conseguiu-se obter transmissão ótica extraordinária na maioria das estruturas, destacando-se as seguintes: estrutura composta por dielétrico-nanoestrutura-substrato, onde a subestrutura da nanoantena é composta por metal (alumínio) e envolvente de dióxido de silício; estrutura composta por dielétrico-nanoantena-substrato, da qual a subestrutura da nanoantena é composta por dióxido de silício e uma placa de metal por baixo das nanoantenas Bowtie; estrutura com características iguais á primeira mas com o acréscimo de mais dois andares de nanoantenas fazendo um agregado 3x3x3.
- Wireless Charging Of Batteries On Military VehiclesPublication . Pereira, André Manuel Miranda Gomes; Gerald, José António Beltran Gerald; Ant´onio Joaquim dos Santos Rom˜ao Serralheiro, António Joaquim dos Santos RomãoRecent developments, in the field of wireless charging, have led to increasing use of this technology across different areas of research. The search for improvement in Soldier Combat Systems has seen major investments in recent years, to find a standard architecture that can enhance military capabilities, such as in power management systems. This work is part of the C4I program of the Portuguese army, having had the primary objective of studying an alternative power supply option based on wireless technology, capable of charging man-portable devices in military vehicles. On this dissertation, it was conducted a study on the behavior of the components of a wireless power transfer, focusing on different configurations and geometries of the charging coils, as well as the optimization of key parameters in a wireless power module. For this, key operating principles and charging methods were approached. Using distance as a variable parameter, it was possible to study the variation in signal amplitude and compare the performances of each coil, reaching promising conclusions on which coil geometry is best suited in terms of shape, reach, and intensity of the generated magnetic field of the power transfer. Also, the matching outcomes from the theoretical deductions and the experimental work done in a controlled environment led to a strengthening of the obtained results. After fabricating and testing prototype 3D structures for the coils, a proposal for a wireless charging system was conceived. This proposal includes architecture, protocols, and its implementation taking into account the characteristics of the charging environment.
- Realidade Aumentada Aplicada ao Sistema de Combate do SoldadoPublication . Gomes, Carlos Filipe Vieira; Esteves, Augusto Emanuel Abreu; Guedes, Tiago Filipe Abreu MouraA presente dissertac¸ao prop ˜ oe a aplicac¸ ˜ ao de Realidade Aumentada ( ˜ RA) no combatente apeado, como uma extensao dos sistemas de Comando e Controlo, habitualmente restritos aos ve ˜ ´ıculos, de modo a aumentar a situational awareness do militar fora de viatura. Foi aplicado um questionario, a 86 ´ militares do Exercito Portugu ´ es, de modo a adquirir os casos de uso de maior interesse e desenhado ˆ um sistema de RA, em Unity, aplicado em Hololens 2. Este sistema foi comparado com o atual sistema do Exercito Portugu ´ es, atrav ˆ es de question ´ arios, entrevistas e m ´ etricas objetivas, por 13 militares com ´ experiencia operacional, do Regimento de Comandos. Num cen ˆ ario de teste onde o militar resgata um ´ refem, o sistema de ´ RA registou usabilidade 25% superior ao sistema atual no System Usability Scale (SUS). No National Aeronautics and Space Administration - Task Load Index (NASA-TLX), verificou-se a diminuic¸ao da Exig ˜ encia F ˆ ´ısica auto-reportada em 34%, a Exigencia Temporal auto-reportada em ˆ 21% e o Esforc¸o auto-reportado em 31%, os tres resultados face ao sistema atual. O sistema proposto ˆ reduziu a exigencia de atenc¸ ˆ ao para manter a ˜ situational awareness, em 21% avaliado atraves do ´ Situation Awareness Rating Technique (SART) e diminuiu o numero de erros do utilizador em 91%.
- Incorporação de Biossensores no Soldado do FuturoPublication . Jose Miguel Martinho Silva, Jose Miguel Martinho; Torres, Joao Paulo Neto; Martins, Maria Joao MarqueAtualmente, e cada vez mais, a utilizac¸ao de biossensores est ˜ a presente no nosso quotidiano, sendo ´ que a sua aplicac¸ao surge em v ˜ arias ´ areas da nossa sociedade. Como tal, e dada a sua import ´ ancia, ˆ a evoluc¸ao dos mesmos ˜ e uma grande prioridade da comunidade cient ´ ´ıfica, de forma a estabelecer diversas formas de tirar proveito destes e torna-los cada vez mais eficientes. ´ Esta dissertac¸ao insere-se no estudo de biossensores com recurso a el ˜ etrodos pr ´ e-gelificados. ´ Inicialmente, desenvolveram-se testes e experiencias com os componentes com o objetivo de com- ˆ parar, testar e identificar poss´ıveis dificuldades com o microcontrolador da BITalino e os seus sensores, bem como, a compatibilidade com o Arduino Uno e as vantagens e desvantagens da utilizac¸ao deste. ˜ Este trabalho focou-se na analise da capacidade de extrac¸ ´ ao de informac¸ ˜ ao relativa ˜ a qualidade dos ` treinos, estado emocional dos militares, carga e consciencia cognitiva, assim como a condic¸ ˆ ao f ˜ ´ısica do Soldado do Futuro, atraves dos seus sinais biol ´ ogicos, extra ´ ´ıdos e processados pelos biossensores e microcontrolador da BITalino, de forma automatica. Esta an ´ alise materializou-se experimentalmente ´ atraves da classificac¸ ´ ao de dois estados emocionais, calmo e ˜ stress, para os quais se atingiu ate´ 98,18% de exatidao.
- Sistema de gestao de potencia para energia recolhida de fontes de RFPublication . Teixeira, Pedro Emanuel Amorim; Santos, Pedro Nuno Mendonc¸a dos; Torres, Joao Paulo NetoO constante crescimento do mercado de aparelhos eletronicos port ´ ateis tem vindo a observar-se ao ´ longo dos anos. Muitos destes aparelhos sao alimentados por baterias que ter ˜ ao de ser substitu ˜ ´ıdas, o que cria inconvenientes ambientais e de custos de manutenc¸ao. ˜ De forma a reduzir estas situac¸oes o conceito de ˜ Energy Harvesting (EH) tem vindo a ser explorado de forma a alimentar estes sistemas atraves de fontes de energia recolhidas do ambiente. ´ Este trabalho tem como objetivo a concretizac¸ao de um prototipo de um sistema de gest ˜ ao de ˜ potencia para energia recolhida de uma fonte de ˆ Radio Frequency (RF) a 2,45GHz, como por exemplo um router ou um AP de comunicac¸ao sem fios. ˜ O trabalho engloba o dimensionamento de uma antena planar para a recolha de energia e, posterior mente, o estudo da retificac¸ao do sinal recolhido, em tecnologia CMOS de 65nm, com vista a alimentar ˜ um bloco de elevac¸ao de tens ˜ ao do tipo ˜ BOOST, incluindo um oscilador em anel para comutac¸ao do ˜ bloco de conversao comutado. O objetivo ˜ e a obtenc¸ ´ ao˜ a sa ` ´ıda do sistema de um sinal de tensao˜ cont´ınuo superior a 1,2V, usando como alimentac¸ao a energia RF proveniente da antena planar.
- Gestao de m ´ultiplas fontes de recolha de energiaPublication . Gonc¸alves, David Jose Machado; Santos, Pedro Nuno Mendonc¸as dos; Torres, Joao Paulo NetoAs aplicac¸oes da Internet das Coisas aumentam a cada dia que passa, e estas t ˜ em necessidade ˆ de encontrar novas formas de se auto sustentar energeticamente, sem a necessidade de utilizac¸ao de ˜ uma bateria que necessitaria de ser trocada ao longo do tempo. Esta dissertac¸ao procura oferecer uma ˜ alternativa a esse problema, a nao utilizac¸ ˜ ao de uma bateria oferecendo um circuito sustent ˜ avel em ´ termos de energia. Neste trabalho e estudado um circuito elevador de tens ´ ao do tipo indutivo, adaptado para tens ˜ oes ˜ de alimentac¸ao muito baixas, da ordem das centenas de mV. O circuito ˜ e alimentado com 2 fontes de ´ recolha de energia: uma celula solar e um termogerador. Estas fontes fornecem energia e, atrav ´ es de ´ um combinador de energia, sao capazes de alimentar em simult ˜ aneo o circuito. ˆ Este circuito para alem de combinar a energia recolhida de cada fonte, imp ´ oe um fator multiplicativo ˜ na sua sa´ıda. Isto possibilita obter a sa ` ´ıda tensoes que podem atingir os valores de alimentac¸ ˜ ao padr ˜ ao˜ (1.2 e 2.4 V), enquanto que a entrada recebe apenas centenas de mV. E ent ´ ao poss ˜ ´ıvel trabalhar com baixa potencia mas conseguir alimentar circuitos comerciais ou circuitos em tecnologia CMOS de n ˆ os´ mais recentes.
- Clustering Dynamically-Defined NetFlow and Windows Event Features for Intrusion DetectionPublication . Pinheiro, João Pedro Esteves; Correia, Miguel Nuno Dias Alves Pupo; Dias, Luís Filipe Xavier MendonçaNos últimos anos, o mundo tem assistido a um aumento dramático dos ciberataques. O cenário de ameaças está a evoluir sem precedentes, deixando as organizações vulneráveis a ciberataques. Os sistemas de deteção de intrusões (SDIs) têm como objetivo proteger e monitorizar as redes ameaçadas. Os SDIs devem evoluir para defender os sistemas atuais de forma consistente e robusta. O principal objetivo deste trabalho é mostrar as vantagens de incluir os eventos do Microsoft (MS) Windows (EMSW) nos SDIs atuais. Os EMSW fornecem uma representação aprofundada do comportamento das máquinas MS Windows. Este sistema implementa a extração dinâmica de características tanto do host como da rede. A única instrução definida pelo utilizador é o número total de características a extrair. Além disso, o sistema seleciona um conjunto fixo de características do host e da rede. O processo de clustering inclui três algoritmos que funcionam em simultâneo. O sistema também explora quatro métodos de deteção de anomalias para ultrapassar a dificuldade de detetar várias vítimas do mesmo ataque. O sistema proposto é avaliado com um dataset artificial e público que contém ambos os tipos de dados. As métricas de avaliação obtidas são depois comparadas com abordagens semelhantes para demonstrar as vantagens da inclusão de EMSW no sistema. Os resultados mostram um aumento do F1-score de 3%, do recall de 5% e da mesma precisão em comparação com a abordagem com melhor desempenho. Os resultados alcançados pelo sistema proposto sublinham as contribuições oferecidas para a área dos SDIs.
- Extending Secure Military Tactical NetworksPublication . Almeida, Daniel Sampaio dos Reis; Chaves, Ricardo Jorge Fernandes; Fernandes, Pedro Manuel MonteiroIn modern military operations, secure communication and data exchange play a pivotal role in ensuring the success of military operations. This thesis presents a exploration of the feasibility of extending classified domains to lower tactical units, since the amount of information soldiers have access to is increasing. The study is structured into three key stages. An review of academic literature provides the foundational understanding of secure communications and military networks, in order to comprehend what technologies exist and what can be done to improve network security. After this, a fieldwork was conducted to gather real-world insights and requirements essential for the extension of classified domains to lower tactical units. This process involves direct engagement with military personnel and command structures. Finally, a tactical network emulation is employed to simulate the conditions and constraints of operational military networks. This allows for a practical assessment of the potential for integrating encryption and secure channels within bandwidth-constrained tactical networks using cipher machines. The results of the emulation reveal that while the addition of encryption is indeed possible, it is essential to recognize the inherent limitations of these networks. As we descend through the network hierarchy, the need for lightweight encryption becomes increasingly pronounced. The thesis also outlines potential avenues for future research, including the implementation of encryption protocols and automatic key sharing in tactical military networks.