EN - TMI - Curso Engenheiros Navais – ramo Armas e Electrónica
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- Anemómetro-veleta de fio quentePublication . Yantsur, Dmytro; VITOR MANUEL RODRIGUES VIEGAS, VITOR MANUEL RODRIGUES VIEGAS; Damas, Bruno DuarteO vento, sendo um fenómeno da natureza que não pode ser controlado, sempre despertou curiosidade nos humanos. Visto que o vento tem impacto em grande parte das atividades praticadas, sejam de lazer ou de trabalho, surgiu a necessidade de conseguir medi-lo por forma a se tirar maior partido deste fenómeno. Devido a esta necessidade surgiram os anemómetros e veletas, aparelhos capazes de medir a velocidade e direção do vento respetivamente. Desde o surgimento dos primeiros anemómetros foram introduzidas novas técnicas e métodos de medição da velocidade do vento, nomeadamente os anemómetros de fio quente, que são nos dias de hoje técnicas muito fiáveis. Os anemómetros de fio quente sendo aparelhos de reduzidas dimensões podem ser aplicados em inúmeros cenários, em particular para o presente trabalho pretende-se utilizar este tipo de anemómetro em veleiros rádio controlados. O principal objetivo do trabalho consiste na criação de um anemómetro de fio quente, para aplicação num veleiro de vela radio controlada, a partir de materiais de fácil aquisição, nomeadamente lâmpadas de uso comum, por forma a que o custo total seja tão baixo quanto possível. Para tal em primeiro lugar procedeu-se à escolha da lâmpada que apresentou melhor desempenho, dentro das três apresentadas inicialmente, sendo para esse efeito feita uma caracterização estática dos filamentos resistivos. De seguida foi efetuado um estudo relativo ao circuito que seria posteriormente utilizado para implementar o anemómetro. Por último foram feitos testes e medições, com recurso a uma montagem laboratorial especialmente construída para o efeito, de forma a comprovar a viabilidade dos materiais escolhidos.
- Antenna Array for a Passive SAR SystemPublication . Ribeiro, Miguel Dias; Felício, João Manuel de Almeida Monteiro; Peixeiro, Custódio José OliveiraIn this thesis, the design of an array of antennas for a passive radar system is presented. The need to reinforce the ability of monitoring the maritime space with a low-cost, low-profile and light-weight passive synthetic aperture radar (SAR) motivated this work to be assembled on an Unmanned Aerial Vehicle (UAV), so that it can track ships and other vessels by the coastline, thus preventing illicit activities. This study focuses on the design and assessment of low-profile planar antenna arrays for passive radars at ISM-band of 2.45 GHz. The analytical formulation of the design of a stand-alone patch antenna is performed, which is followed by the detailed formulation of uniform and Chebyshev antenna arrays, including their feeding network and guidelines to obtain proper impedance matching. It is well-known that uniform arrays suffer from high sidelobe level, which may affect the detection of targets. As an alternative, we focus on the design of Chebyshev arrays, in order to achieve lower side lobe level, in the interest of increasing the probability of ambiguous detections and better tracking of the targets. Both arrays are designed and optimized through full-wave simulations using Computer Simulation Technology (CST). Good impedance matching at 2.45 GHz is obtained for both numerical and experimental results. Regarding the radiation pattern, the experimental assessment confirmed the right sidelobe level for the uniform array, although there are differences for the Chebyshev due to limitations in the measurement setup. Future work should include the optimization of the sidelobe level of the Chebyshev array.
- Aplicabilidade de redes tolerantes a atrasos (DTN) nas Forças Navais da Marinha PortuguesaPublication . Moço, Tiago Nunes Mendes; Correia, Fernando Jorge RibeiroA conectividade de uma rede de dados em ambientes heterógenos representa um desafio constante para os investigadores face à capacidade de transferência de informação das infraestruturas de suporte. Como tal, uma área de investigação com enorme potencial são as redes móveis Ad Hoc, especificamente as Mobile Ad hoc Network (MANET) por serem redes que não pressupõem infraestruturas fixas. Face à natureza tecnológica das MANET, este tipo de rede usa dispositivos móveis de comunicações para formar a rede, onde cada dispositivo (ou nó da rede) é um elemento terminal (estação de trabalho) ou um encaminhador de rede (router). Este tipo de equipamento carece do desenvolvimento de protocolos de encaminhamento próprios que possibilitam a utilização de diversos serviços na rede. O emprego de uma MANET em ambientes militares potencializa a capacidade de comunicação. Porém, a falta de conectividade na rede pode ser um fator restritivo à sua utilização. Uma solução para este problema pode passar pela utilização de Delay/Disruptive Tolerant Networks (DTN). A arquitetura de uma DTN minimiza o problema de falta de conectividade na rede, assegurando a capacidade de comunicação. No entanto, se a falta de conectividade for prolongada, os serviços que uma rede DTN suporta podem ser limitados. Em ambientes navais, nomeadamente Operações Navais e Fiscalização/Boarding, os dispositivos da rede estão em constante movimento, apresentando um padrão arbitrário. Desta forma, a utilização de uma MANET com capacidade DTN, aparenta ser uma solução possível para melhorar o serviço de comunicações e aumentar a oferta de serviços na rede. Neste trabalho, será estudada a aplicabilidade de rádios de comunicações móveis com capacidade DTN e analisada a respetiva Qualidade de Serviço (QdS), em ambientes de utilização navais como Operações Navais e Fiscalização/Boarding.
- Archinaves - Implementação do Projecto Archinaves numa Arquitectura ASP.NET MVCPublication . Salgueiro , João António Palhinha da Cunha; Correia, Fernando Jorge Ribeiro
- Automatic detection of castaways in SAR missions using UAVsPublication . Gonçalves, Luís Pedro Lages Vale; Damas, Bruno Duarte; Lobo, Victor José de Almeida e SousaUnmanned Aerial Vehicle (UAV) images can be an important resource when performing Search And Rescue (SAR) operations at sea. With the improving technology UAVs are becoming an accessible and fairly inexpensive resource for many applications such as SAR. In order to maximize the usefulness of these UAV, we propose a method which utilizes a state-of-the-art Object Detection network to perform real-time detection on-board the UAV. In this thesis we have selected the YOLOv4-tiny Object Detection network and trained it to detect castaways at sea. The main goal is to obtained fully trained weights that can be utilised with the YOLOv4-tiny and applied to use in SAR with several UAVs working in parallel that report back to a human operator upon detection of a possible castaway. The proposed approach has been validated on a test dataset obtained for the purpose of this thesis and the final result shows that it has good capabilities that can be further developed
- Balística externa navalPublication . Lourenço, Mark André Coelho; Gatta, Mário Alexandre Pousão da Costa; Moreira, Miguel Ângelo Pereira BentoNesta dissertação de Mestrado pretende-se explorar algumas vertentes bastante diferentes umas das outras de um mesmo problema geral, mas com muitos pontos de ligação. É de realçar, desde já, que no percurso escolar da EN (Escola Naval), aquando da transmissão de conhecimentos relacionados com esta área, mais especificamente na cadeira de Balística e Tiro, houve aproximações matemáticas que eram claramente grosseiras e em que supusemos que eram constantes grandezas obviamente variáveis. Nesta tese tencionamos explorar a resolução analítica mais ambiciosa das equações do movimento das trajetórias balísticas com atritos atmosféricos em alguns casos específicos (movimento vertical, por exemplo), e numericamente no caso geral. De facto, nas lições da cadeira de Balística e Tiro admitia-se, por razões pedagógicas, que a força de atrito era uma constante ao longo de todo o percurso para que as equações diferenciais respetivas fossem resolúveis de uma forma analítica. No entanto, vão-se explorar outras maneiras de resolver o problema, nomeadamente por simulação computacional no caso geral, admitindo o caso em que há de facto uma variação da força e também do próprio coeficiente de atrito ao longo da trajetória, sempre a depender da velocidade do projétil. Este estudo vai-se focar, na sua componente de simulação, na formulação Newtoniana do problema em que, para além do que foi referido, irão ser obtidos gráficos e valores provenientes dos diferentes tipos de força de atrito em função de potências da velocidade instantânea do projétil. Por outro lado, como base para futuros projetos, apresenta-se uma análise da formulação Lagrangeana em que neste caso, se pretende sugerir as possíveis vantagens desta formulação, para além do aspeto meramente formativo da utilização das equações de Euler-Lagrangen o tratamento do cálculo das trajetórias que incluam dissipação, neste caso por atrito atmosférico, visto que normalmente os estudos feitos são principalmente decorrentes da formulação Newtoniana, para além da suposição generalizada, mas incorreta, que a formulação Lagrangeana não pode incluir forças dissipativas. No entanto, o estudo relacionado com CD(V ), ou seja, o coeficiente de atrito a variar ao longo da trajetória consoante a velocidade instantânea do projétil foi já suficientemente extenso e mais complexo do que o esperado, tendo acabado por constituir grande parte da tese, levando a que o formalismo Lagrangeano ficasse de certa forma apenas como parte introdutória, embora a inclusão do atrito já aqui surja neste âmbito. Paralelamente a isto, irá ser demonstrado um software construído de raiz em MATLAB baseado no formalismo Newtoniano em que, utilizando dados reais de projéteis de duas peças navais de grande calibre, será feita uma análise comparativa dos resultados das trajetórias balísticas obtidas.
- Cibersegurança – Ciberrange da Escola NavalPublication . Gonçalves, Frederico Nunes de Oliveira Correia; Lobo, Victor José de Almeida e Sousa; Correia, Anacleto Cortez e; Pequeno, Valéria MagalhãesO aumento crescente de ciberataques tem se tornado um problema cada vez mais grave num mundo cada vez mais digital e dependente de dispositivos conectados e vulneráveis. Os ciberataques estão a tornar-se cada vez mais sofisticados e frequentes, representando uma ameaça significativa para governos, empresas e indivíduos. A proteção contra estes ataques é crucial para a integridade dos sistemas e a privacidade das informações. A utilização de técnicas avançadas, como a aprendizagem de máquina, desempenha um papel fundamental na deteção e prevenção de ciberataques, permitindo uma resposta mais eficiente e proativa diante das ameaças digitais. Portanto, a pesquisa realizada nesta dissertação contribui para o avanço da cibersegurança, oferecendo soluções para a proteção contra ciberataques no contexto da Marinha Portuguesa. A presente dissertação faz parte do projeto Ciberrange da Escola Naval, e que tem como foco o estudo de bases de dados e a construção de classificadores para deteção de ciberataques. Além disso, enquadra o presente trabalho na literatura existente nas temáticas de ataques e ameaças, técnicas de aprendizagem de máquina e métodos de avaliação da solução. Também é realizado um estudo das bases de dados open-source disponíveis na área da cibersegurança. O trabalho é enquadrado no contexto da segurança organizacional, mais especificamente na Marinha Portuguesa. Destacam-se os pontos-chave fundamentais que um ciberrange deve ter, de acordo com os interesses de uma organização que visa proteger-se a si mesma e aos seus membros. Por fim, a dissertação desenvolve, analisa e compara classificadores baseados em redes neurais com o objetivo de detetar ciberataques, utilizando como suporte a base de dados UNSW-NB15. Os resultados obtidos mostram uma precisão de 0.9301 na classificação binária, 0.8211 na classificação multi-classe e 0.8358 na classificação multi-classe com redução de ataques minoritários.
- Comando e controlo remoto de uma embarcaçãoPublication . Amir, Chadli; Silva, Paulo Alexandre Marques Pires daNo âmbito do projeto ICARUS pretende-se desenvolver um veículo autónomo de salvamento marítimo. O objetivo é que este constitua o primeiro socorro de náufragos. Enquadrado neste projeto, proponho-me ao comando e ao controlo diferencial dos dois motores elétricos com que o veículo irá ser equipado sendo que estes irão levar a própria plataforma para o lugar do náufrago. O veículo pode chegar ao lugar do náufrago usando dois modos, o primeiro é com comando à distância com a assistência de um operador, e o segundo será feito em modo autónomo sem ter assistência de nenhum operador. O modo autónomo será feito com auxílio a vários WayPoints, ou varias pernadas, durante o caminho até chegar ao local pretendido, com a tensão e autonomia das baterias dos motores e da plataforma em si. Assim, fazer passar o veículo por vários pontos de forma autónoma requer um algoritmo muito eficiente e eficaz, e capaz de prevenir e corrigir todos os erros devido a fatores externos que possam surgir no percurso e que possam dificultar ou impossibilitar a chegada ao ponto desejado, por exemplo os efeitos do vento e da corrente, que são os mais comuns. Este algoritmo será capaz de conjugar os regimes dos dois motores de forma diferencial para conseguir orientar o veículo fazendo as guinadas necessárias e corrigindo também o afastamento ao rumo base devido aos fatores externos. Este algoritmo irá ser inserido no microcontrolador do todo o sistema (Arduíno) que por sua vez irá interagir com o recetor do camando remoto de um lado e com o controlador do motor de outro lado, sendo que irá ter, também, um GPS e uma giro bússola como sensores, que serão necessários na parte da orientação e da correção do veículo.
- Comunicação entre veículos robóticos de sub-superfíciePublication . Gambôa, Darso António Adão; Damas, Bruno Duarte; Viegas, Vitor Manuel RodriguesA forte atenuação dos sinais eletromagnéticos na água é a principal razão pela qual a exploração subaquática, a vigilância marítima e outras aplicações, atualmente dependem de cabos submarinos para enviar ou receber dados de um terminal de comunicação. Embora a comunicação acústica se tenha tornado o método de comunicação sem fios padrão para as aplicações subaquáticas devido ao seu longo alcance, elas incorrem em alto custo e têm baixas taxas de dados. A necessidade por comunicações de alto débito binário e largura de banda estimulou a exploração de métodos não acústicos que antes eram negligenciados devido às limitações de distância. Contrariamente aos sistemas acústicos e de radiofrequência, que apresentam limitações como custo, velocidade de propagação das ondas e largura de banda disponível, o que se traduz na taxa de transmissão de dados, a comunicação ótica sem fios é apresentada como solução alternativa para ultrapassar as limitações mencionadas. À vista disso, a solução proposta nesta dissertação baseia-se num sistema de comunicação ótica de baixo custo, viável para as comunicações sem fio subaquática à curta distância entre veículos não tripulados. Assim sendo, um sistema transmissor baseado em LED de alto brilho de 3𝑊 com uma faixa de comprimento de onda entre 460 – 470 𝑛𝑚 e um sistema recetor baseado em fotodíodo com uma sensibilidade espectral entre 400 – 1100 𝑛𝑚, foram desenvolvidos e testados em diferentes canais de comunicação, ao ar livre, num tanque de água doce e por fim na água do mar. O resultado das experiências com o protótipo mostrou com sucesso que, na presença da luz ambiente, a distância de transmissão - receção dos dados chega a 4,5 𝑚 e, na ausência da luz ambiente 5,50 𝑚 ambos com uma taxa de transmissão de 300 𝑏𝑝𝑠. Por fim, o trabalho apresenta sugestões para trabalhos futuros de modo a melhorar o desempenho, a eficiência e a robustez do sistema.
- Controlo de um Veículo Autónomo Submarino BiomiméticoPublication . Nunes, Ricardo Maia; Damas, Duarte BrunoO papel dos Unmanned Underwater Vehicles (UUVs) tem vindo a ganhar, progressivamente, um maior destaque nos últimos anos. A sua constante evolução capacitaos da possibilidade de serem utilizados nas mais variadas missões, seja para fins militares ou civis. Apesar das suas capacidades, este tipo de veículos, por recorrerem a uma propulsão através de hélices, faz com que possuam algumas desvantagens, tais como: baixa eficiência energética, baixa manobrabilidade em espaços confinados e altos valores de ruído. Em resposta a estes problemas foram criados um novo tipo de veículos chamados Biomimetics Underwater Vehicles (BUVs), que têm como objetivo o uso de sistemas que repliquem o movimento de animais, colmatando as falhas acima mencionadas. A presente dissertação inclui-se no projeto internacional SABUVIS em parceria com a Escola Naval Polaca, Universidade de Tecnologia da Cracóvia entre outros, e a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e a Oceanscan como parceiros portugueses. Este projeto tem como objetivo a construção e desenvolvimento de um veículo biomimético capaz de executar operações de Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (ISR) através de uma cauda inspirada em peixes com duas secções ou uma cauda inspirada na foca. Assim, o trabalho desenvolvido na presente dissertação visa o desenvolvimento de um controlador para a locomoção do veículo biomimético, usando uma cauda de imitação de um peixe com uma secção e duas barbatanas laterais. Este controlador segue uma arquitetura hierárquica de dois níveis, no controlador de alto nível são implementadas diversas funções, como o veículo ser capaz de se movimentar para um dado ponto ou seguir o movimento de outro veículo. No controlador de baixo nível são calculados os parâmetros de oscilação da cauda principal e das barbatanas laterias tendo em conta os comandos recebidos dos controladores de alto nível. Toda a validação do controlador desenvolvido foi baseada na implementação dos controlos num simulador desenvolvido para um veículo semelhante ao estudado.