AM - CET - Ciências da Engenharia e Tecnologias
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Browsing AM - CET - Ciências da Engenharia e Tecnologias by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática"
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- Antenas de comunicações UAV’sPublication . Marques, Pedro Miguel Martins; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesA Força Aérea Portuguesa está a desenvolver um projeto, denominado “Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não-Tripulados” (PIVANT) com o intuito, de dotar a Força Aérea Portuguesa das capacidade de exploração destas aeronaves não pilotadas, tendo já desenvolvido algumas plataformas UAV que executam missões de reconhecimento e vigilância sobre o território continental e marítimo português. A necessidade de comunicar ou melhorar a comunicação com estas plataformas, levou a que se propusesse a presente dissertação de mestrado, cujo objetivo é projetar uma antena planar do tipo Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (P-ESPAR) que opere na frequência de 1.33 GHz possibilitando a melhoria da eficiência e alcance da ligação descendente entre o UAV e a estação terrestre, além de permitir variar a direção em azimute do seu ganho máximo, proporcionando ao operador a possibilidade de escolher a direção para a qual quer transmitir. Neste sentido será descrito inicialmente o estado da arte com o intuito de conhecer a evolução até á atualidade das plataformas aéreas como das antenas utilizadas por estes veículos aéreos não tripulados na comunicação. Numa fase posterior será efetuado o estudo das características das antenas planares, os métodos de excitação e os métodos de análise necessários para o dimensionamento da antena. A análise e desenvolvimento da antena P-ESPAR inicia-se com o dimensionamento e simulação no programa CST MicroWave Studio de apenas um elemento patch. Posteriormente será realizado o desenvolvimento da antena P-ESPAR, caracterizando os elementos que a compõem.
- Célula de medida de viscosidade de líquidosPublication . Regada, Luís Filipe Fonseca; Mata, José Luís Gonçalves Correia da; Martins, Maria João MarquesO objetivo deste trabalho é o projeto, construção e teste de um sistema que permita a medida de viscosidade de líquidos utilizando o método do fio vibrante em regime livre. A principal contribuição original deste trabalho é o modo de controlo do estímulo e aquisição de sinal no contexto da medição de viscosidade, utilizando uma interface gráfica (GUI) onde o utilizador pode controlar o estímulo e a taxa de aquisição do sensor. A Field Programmable Gate Array (FPGA) é utilizada para controlar e sincronizar todo o sistema e fazer a ligação entre a interface gráfica e o hardware desenvolvido para condicionar o sinal de estímulo do fio vibrante e de resposta do fio vibrante. A amplitude eficaz máxima de corrente a estimular o fio vibrante permite utilizar fios vibrantes com um diâmetro maior e efetuar medições em líquidos mais viscosos. Utilizando o protótipo desenvolvido para adquirir a resposta do fio vibrante fez-se o ajuste dos pontos experimentais à equação que descreve o comportamento teórico da resposta do fio vibrante, obtendo-se valores de frequência e amortecimento da resposta do fio vibrante com um desvio padrão de e respetivamente, permitindo assim calcular a viscosidade do líquido em estudo.
- Classificação automática de zonas verdes para fins de cartografiaPublication . Dias, Joel Augusto Joanaz D’Assunção; Dias, José Manuel Bioucas; Silva, José Silvestre Serra daEsta dissertação de mestrado expõe um estudo com o objetivo de discriminar os tipos de vegetação. Uma forma de se obter informações sobre o terreno é através da cartografia, sendo a fotogrametria aérea uma das técnicas mais utilizadas. O objectivo principal deste estudo é o desenvolvimento de uma ferramenta que permita processar fotografias aéreas na banda do visível e que discirna e classifique os diferentes tipos de vegetação. A metodologia adotada é constituida por tres fases principais: extração de características, seleção de características e classificação de imagem recorrendo a dois classificadores, o K-vizinhos mais próximos e a maquina de suporte vetorial. Na primeira fase são extraídas características estatísticas e de textura; na segunda fase implementa-se uma técnica de seleção de características relevantes. A última fase divide-se na otimização dos parâmetros de entrada dos classificadores e posterior classificação das imagens.Não foi possivel a utilização das oito classes pré-definidas devido à similaridade entre algumas delas, pelo que se procedeu à fusão de algumas, resultando em quatro novas classes. Realizou-se a classificação das imagens como as novas classes e comparou-se o desempenho dos dois classificadores. Verificou-se que o melhor classificador é a máquina de suporte vetorial utilizando a função de núcleo RBF apresentando 89,9% de classificações corretas. Testou-se a influência do seletor de características e concluiu-se que este conduziu a um aumento médio de 8,25%no desempenho dos classificadores. Conclui-se que os melhores resultados alcançados foram com 10 características para o K-vizinhos mais próximos e com 20 características para o Support Vectorial Machine.
- Comunicações tácticas e de emergência por propagação por efeito NVISPublication . Rocha, Renato Gonçalves; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesO presente trabalho tem como objectivo projectar e construir uma antena que opere em onda curta, HF, e que explore a propagação na ionosfera por efeito NVIS, de modo a permitir o estabelecimento de comunicações de curta distância em situações tácticas e de emergência. Este projecto pode ter bastante interesse para o Exército Português, em teatros de operações em que o terreno seja bastante acidentado, como por exemplo o Afeganistão ou o Kosovo. A antena projectada e construída é composta por dois dipolos cruzados, com uma tipologia em v invertido, por forma a ser efectuada uma ligação de curta distância, com ângulos de elevação que podem atingir cerca de 88º a 89º para distâncias da ordem da dezena de quilómetros. Foi efectuado o dimensionamento teórico, a simulação do diagrama de radiação e posteriormente procedeu-se à construção e ensaio da antena, com resultados bastante satisfatórios.
- Conversor CC-CC elevador de tensão para aplicações de energy harvestingPublication . Fontela, Luís Filipe Esteves Machado; Borges, Maria Beatriz Mendes Batalha Vieira; Santos, Pedro Nuno Mendonça dosAo longo das últimas décadas os dispositivos portáteis alimentados com baixa tensão têm vindo a aumentar e, consequentemente, algumas fontes de recolha de energia a partir do ambiente envolvente. Para permitir a aplicação dessas fontes de recolha de energia a dispositivos eletrónicos portáteis, verificou-se a necessidade do uso de conversores Corrente Contínua-Corrente Contínua (CC-CC) eficientes. Neste sentido, surge o tema para esta dissertação, na qual se pretende desenvolver um conversor CC-CC elevador de tensão, dedicado a aplicações de recolha de energia. Este conversor deverá ser integrado em tecnologia Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) de 130nm para operar em alta frequência (na ordem dos MHz), tendo como objetivo converter tensões da ordem dos 500mV em 2,4V. O projeto é assistido em ambiente Electronic Design Automation (EDA), recorrendo à ferramenta Cadence Design Environment (CDE) e ao respetivo kit da tecnologia CMOS, sendo validado com simulações em situações extremas, conhecidas como simulação de corners. O circuito é projetado e testado em esquema elétrico, permitindo obter 2,4V com tensões de entrada a partir de 0,4V até 0,6V. Para elaborar a planta em simulador otimiza-se o circuito para a tensão de entrada a 0,5V. A partir da planta é feita a extração do circuito, incluindo assim todos os parâmetros parasitas do processo. Finalmente, o conversor projetado é baseado numa arquitetura híbrida, indutiva e capacitiva, permitindo converter uma tensão de 0,5V para 2,4V, com uma carga de 10KΩ e frequência de 10 MHz, sendo que a área de implementação da planta do circuito é de 303,974mm2.
- Estudo comparativo de duas antenas para transmissão sem fios em 2,4 GHzPublication . Ruano, Edgar Manuel Branco; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesA necessidade de antenas para comunicação com sistemas não tripulados, utilizados pelas Forças Armadas, para realizar tarefas de vigilância e reconhecimento levou ao desenvolvimento deste trabalho. A presente dissertação tem como objetivo dimensionar e construir um protótipo de uma antena, que possibilita realizar a comunicação, sem fios entre o operador e os sistemas não tripulados. Este trabalho teve como foco a otimização e realização prática de uma antena ESPAR (Eletronically Steerable Passive Arrays Radiators), utilizando a técnica dos algoritmos genéticos. Esta antena permite um diagrama de radiação direcional e a sua comutação em azimute. Numa fase inicial a antena foi dimensionada e simulada no programa de simulação 4NEC2X, para operar na banda dos 2,4 GHz. A realização do protótipo envolveu uma fase de construção da estrutura básica e outra de inclusão dos componentes eletrónicos. Após construção, a antena foi testada na câmara anecóica e efetuaram-se as medições dos diagramas de radiação e do módulo do parâmetro de dispersão 𝑆11. Os resultados das medições permitem verificar as características diretivas do diagrama de radiação e a comutação do mesmo em azimute, de acordo com as simulações efetuadas e com os objetivos propostos para esta dissertação. No final realiza-se a comparação da antena ESPAR construída no âmbito deste projeto, com uma Yagi-Uda impressa, cujo protótipo foi realizado numa dissertação de mestrado antecedente.
- Estudo de uma antena ótica para comunicação inter-satélitesPublication . Gomes, Rui David Furtado Ribeiro; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João Marques; Torres, João Paulo NetoA evolução da nanotecnologia possibilitou o desenvolvimento de novos dispositivos, fabricados a uma escala nanométrica, nomeadamente os dispositivos designados por nanoantenas ou antenas óticas, que nos dias de hoje têm sido alvo de uma intensa atividade de investigação e desenvolvimento, procurando atingir a possibilidade de confinar a radiação eletromagnética em dimensões espaciais mais pequenas que o comprimento de onda da luz. A potencialidade destes dispositivos é fascinante, pois cobre um conjunto muito vasto de aplicações. Esta dissertação tem como objetivos principais estudar e caracterizar, numa perspetiva clássica, uma antena ótica que possa ser integrada no emissor ou recetor de um sistema de comunicações óticas inter-satélites. Nesta dissertação foi realizado um estudo teórico sobre a interação da luz com a matéria, nomeadamente o comportamento dos metais em frequências óticas e a propagação de plasmões superficiais numa interface dielétrico/metal, que são fundamentais para compreender o fenómeno de transmissão ótica extraordinária. Foi efetuado um estudo comparativo e realizada uma revisão das teorias clássicas da difração de ondas eletromagnéticas, de Fraunhofer, Fresnel e Kirchhoff e das teorias da difração da luz por fendas menores do que o comprimento de onda de Bethe e Bouwkamp. Os resultados obtidos, de acordo com as teorias clássicas da difração, foram comparados com os resultados obtidos através de simulações com o programa COMSOL Multiphysics®. Por fim, foi dimensionada e simulada uma antena ótica que pode ser integrada num emissor ou recetor de um sistema de comunicações óticas inter-satélites, em que se verifica a ocorrência do fenómeno de transmissão ótica extraordinária.
- Fusão de imagem para detenção de pessoas camufladasPublication . Bento, Nádia Alexandra Ferreira; Dias, José Manuel Bioucas; Silva, José Silvestre Serra daA utilização de imagens térmicas constitui um beneficio para as Forças Armadas. Devido às suas inúmeras vantagens, têm um grande número de aplicações, entre as quais a detenção de pessoas camufladas. Para melhores resultados, a informação visível pode ser combinada com a informação térmica. A fusão de informação gerada por múltiplas fontes de imagem, permite um maior detalhe, resultando num maior grau de segurança. No presente estudo foram implementados três métodos de fusão de imagem ao nível do pixel baseados em: análise em componentes principais, pirâmide laplaciana e transformada wavelet discreta. As imagens utilizadas têm dimensão de 320x240 pixés, cada uma é constituída por uma imagem da banda de visível e uma imagem térmica, e foram obtidas com uma câmara FLIR. Foi realizada uma análise qualitativa de onde se concluiu que o método que obtém melhores resultados é aquele que utiliza as wavelets, seguido do que utiliza a pirâmide laplaciana. De seguida, foi efetuada uma análise quantitativa usando como métricas de desempenho o desvio padrão, a entropia, a frequência espacial, a informação mútua, o índice de qualidade de fusão e o índice de semelhança estrutural. Os valores adquiridos sustentam as conclusões retiradas da análise qualitativa. Conclui-se que a informação mútua, o índice de qualidade de fusão e o índice de semlhança estrutural são as métricas adequadas para medir a qualidade da fusão de imagem, pois têm em consideração a relação existente entre a imagem fundida e as imagens fonte.
- Identificação de minas terrestres em imagens de infravermelho térmicoPublication . Pimenta, Jorge Leitão; Dias, José Manuel Bioucas; Silva, José Silvestre Serra daEsta dissertação destina-se ao desenvolvimento de uma metodologia para a deteção de minas terrestres em imagens térmicas adquiridas em contexto militar. A deteção das minas em imagens térmicas é condicionada por diversos fatores, tais como: as características das minas, as características do terreno e profundidade a que as mesmas são colocadas. As condições em que as imagens são obtidas influenciam diretamente as metodologias utilizadas para efetuar a deteção automática das minas, através de técnicas de processamento de imagem. A metodologia seguida neste trabalho é composta por duas fases: obtenção de imagens térmicas e o seu processamento. Na primeira fase foram elaborados diversos campos minados para averiguar quais os fatores que influenciam a deteção das minas. Na segunda fase foi feito o processamento de um conjunto de imagens para detetar as assinaturas das minas. Este processamento inclui a classificação com os algoritmos K-Nearest Neighbours (KNN) e máquina de suporte vetorial e parametrização recorrendo a validação cruzada com o método 10-fold. Foi implementada uma segunda abordagem baseada em segmentação com recurso a limiares. Assim, foi possível efetuar uma comparação relativa entre os algoritmos de classificação e o de segmentação. A análise dos resultados obtidos permite identificar como fatores que condicionam a deteção das minas a emissividade das mesmas, a sua profundidade de enterro, a presença de vegetação na superfície do solo e o período do dia em que as imagens são obtidas. A melhor classificação das imagens foi obtida com o classificador KNN para 40 características, selecionadas com Sequential Backward Selection (SBS), recorrendo à métrica de distância da correlação.
- Integrated architecture for vision-based indoor localization and mapping of a quadrotor micro-air vehiclePublication . Marques, Nuno Miguel dos Santos; Ventura, RodrigoAtualmente os sistemas de pilotagem autónoma de quadricópteros estão a ser desenvolvidos de forma a efetuarem navegação em espaços exteriores, onde o sinal de GPS pode ser utilizado para definir waypoints de navegação, modos de position e altitude hold, returning home, entre outros. Contudo, o problema de navegação autónoma em espaços fechados sem que se utilize um sistema de posicionamento global dentro de uma sala, subsiste como um problema desafiante e sem solução fechada. Grande parte das soluções são baseadas em sensores dispendiosos, como o LIDAR ou como sistemas de posicionamento externos (p.ex. Vicon, Optitrack). Algumas destas soluções reservam a capacidade de processamento de dados dos sensores e dos algoritmos mais exigentes para sistemas de computação exteriores ao veículo, o que também retira a componente de autonomia total que se pretende num veículo com estas características. O objetivo desta tese pretende, assim, a preparação de um sistema aéreo não-tripulado de pequeno porte, nomeadamente um quadricóptero, que integre diferentes módulos que lhe permitam simultânea localização e mapeamento em espaços interiores onde o sinal GPS ´e negado, utilizando, para tal, uma câmara RGB-D, em conjunto com outros sensores internos e externos do quadricóptero, integrados num sistema que processa o posicionamento baseado em visão e com o qual se pretende que efectue, num futuro próximo, planeamento de movimento para navegação. O resultado deste trabalho foi uma arquitetura integrada para análise de módulos de localização, mapeamento e navegação, baseada em hardware aberto e barato e frameworks state-of-the-art disponíveis em código aberto. Foi também possível testar parcialmente alguns módulos de localização, sob certas condições de ensaio e certos parâmetros dos algoritmos. A capacidade de mapeamento da framework também foi testada e aprovada. A framework obtida encontra-se pronta para navegação, necessitando apenas de alguns ajustes e testes.
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