AM - TIA - ENG - EEM - M - Mestrado em Engenharia Eletrotécnica Militar
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- Advanced Persistent Threat Stage PredictionPublication . Pires,João Pedro Marinho; Correia, Miguel Nuno Dias Alves Pupo; Dias, Luís Filipe Xavier MendonçaAdvanced Persistent Threat (APT) have become one of the primary challenges in cyber defense. Charac terized by sophisticated and prolonged attacks, these threats infiltrate networks aiming to steal sensitive data, often remaining undetected for extended periods. This evolution in attack tactics underscores the urgent need for improvements in defense strategies and threat detection. Within the scope of this thesis, a framework named Advanced Persistent Threat Stage Prediction (APTSP) was developed. APTSP is capable of predicting, based on identified threats, the current stage of the attack, as well as the most likely subsequent stage. It also provides insights into the most probable perpetrating APT group, considering known APTs. To achieve this, APTSP takes network data classified by an Intrusion Detection System (IDS) and applies a Markov model to determine the probabilities for the APT stages. It also uses a machine learning model to identify the potential agent responsible for the attack. APTSP was experimentally evaluated on a public dataset, comparing its results with different solu tions. APTSP outperformed previous approaches in all the metrics used.
- Advanced Persistent Threat Stage PredictionPublication . Pires, João Pedro Marinho; Correia, Miguel Nuno Dias Alves Pupo; Dias, Luís Filipe Xavier MendonçaAdvanced Persistent Threat (APT) have become one of the primary challenges in cyber defense. Characterized by sophisticated and prolonged attacks, these threats infiltrate networks aiming to steal sensitive data, often remaining undetected for extended periods. This evolution in attack tactics underscores the urgent need for improvements in defense strategies and threat detection. Within the scope of this thesis, a framework named Advanced Persistent Threat Stage Prediction (APTSP) was developed. APTSP is capable of predicting, based on identified threats, the current stage of the attack, as well as the most likely subsequent stage. It also provides insights into the most probable perpetrating APT group, considering known APTs. To achieve this, APTSP takes network data classified by an Intrusion Detection System (IDS) and applies a Markov model to determine the probabilities for the APT stages. It also uses a machine learning model to identify the potential agent responsible for the attack. APTSP was experimentally evaluated on a public dataset, comparing its results with different solutions. APTSP outperformed previous approaches in all the metrics used.
- 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.
- Anti-Jamming for UAVs using Artificial Intelligence based Swarm BehaviorPublication . Silva,Tiago Alexandre Sousa; Grilo, António Manuel Raminhos CordeiroThe use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has seen remarkable growth in the performance of strategic tasks, both in civilian and military environments. This research, therefore, sets out to study the effectiveness of Anti-Jamming methods for UAVs supported by Artificial Intelligence based Swarm Behavior compared to conven tional methods. This work, therefore, provides an essential theoretical framework for understanding the proposed research, conducting a detailed study of the state of the art in the field of Unmanned Aerial Vehicles and Electronic Warfare. In addition, it highlights the fundamental tools required to carry out the research effectively, ranging from realistic UAV antenna models to advanced weapon intelligence techniques. Several experimental tests and simulations were carried out to validate the hypotheses formulated, allowing concrete results to be obtained that demonstrate the effectiveness of the proposed strategies. The results show that using a genetic approach can achieve effective results, although they are often costly regarding simulation time. In contrast, the Reinforcement Learning (RL) approach shows assertive results when pre-trained with realistic data in a helpful simulation time. The results obtained not only corroborate the viability of the theoretical approaches developed but also provide valuable parameters for future research and practical applications in the field of defence and security.
- Aplicação de energias renováveis a sistemas de contentores militaresPublication . Neves,Simão Amaral; Torres, João Paulo Neto; Santos, Pedro Nuno Mendonça dosAplicação de energias renováveis está a tornar-se cada vez mais comum em diversas áreas, incluindo no contexto militar. Este trabalho tem como objetivo integrar as energias renováveis em sistemas de contentores militares, visando a produção de energia para autoconsumo e, consequentemente, a redução da dependência de combustíveis fósseis. A presente dissertação inicia com uma revisão abrangente da literatura sobre as três principais fontes de energias renováveis: solar, eólica e hidráulica, seguida da apresentação das aplicabilidades e características turísticas específicas dos sistemas de contentores militares. Também foi realizada uma investigação em relação ao envolvimento de Portugal em diversas regiões do mundo. Em relação ao estado da arte, o objetivo deste capítulo é apresentar diferentes estudos realizados no contexto da aplicação de energias renováveis a sistemas de contentores militares, com ênfase na implementação de sistemas híbridos de energia para esses contentores. Na metodologia adotada para este estudo são definidos os métodos e ferramentas necessárias para alcançar os resultados pretendidos. Foram projetados dois sistemas híbridos para duas localizações distintas : República Centro-Africana e Roménia. Os resultados obtidos demonstram que a incorporação de energias renováveis a sistemas de contentores militares é economicamente e ambientalmente vantajosa para as Forças Nacionais Destacadas. Estes sis temas não só poderão reduzir custos operacionais, como também aumentar a sustentabilidade e resiliência energética das operações militares.
- Calibration Techniques for a New Space Radar Cassegrain Antenna Pointing SystemPublication . Bárbara, Nilton Jose´ Gomes Rainho; Bergano , José Miguel da Silva; Silva , José Silvestre Serra daThis master thesis investigates the suitability of the radar system located in Pampilhosa da Serra for integration into Ballistic Missile Defense Systems (BMDS). At the core of this study is an advanced simulation developed in MATLAB, meticulously designed to capture the intricacies of missile trajectories and the challenges in tracking them using radar systems. Through a series of simulated scenarios, the study explored the performance of the Extended Kalman Filter (EKF) in tracking missiles. Key performance metrics, including the Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), and Normalized Estimation Error Squared (NEES), were used to assess the tracking accuracy. Notably, in optimized radar configurations, RMSE values dropped to as low as 41 meters, MAE reduced to 37 meters, and NEES significantly improved to around 1.5. These metrics underscore the profound impact of radar specifications on tracking precision and suggest the potential efficacy of the Pampilhosa da Serra radar system in BMDS applications when appropriately configured.
- Calibration Techniques for a New Space Radar Cassegrain Antenna Pointing SystemPublication . Bárbara, Nilton José Gomes Rainho; Bergano, José Miguel da Silva; Silva, José Silvestre Serra daEsta tese de mestrado investiga a possibilidade de adequar o sistema de radiotelescópio localizado em Pampilhosa da Serra para integração nos Sistemas de Defesa de Mísseis Balísticos (SDMB). No cerne deste estudo está uma simulação avançada desenvolvida em MATLAB, meticulosamente desenvolvida para capturar a complexidade inerente a trajetórias de mísseis ballisticos e os desafios em rastreá-los usando sistemas de radar. Através de uma série de cenários, a tese de mestrado explorou o desempenho do Filtro de Kalman Estendido (FKE) no rastreamento de mísseis. As Métricas implementadas para avaliar o desempenho e para avaliar a precisão do rastreamento incluem a Raiz do Erro Quadrático Médio (REQM), o Erro Médio Absoluto (EMA) e o Erro Normalizado de Estimação ao Quadrado (ENEE). É de salientar que, em configurações otimizadas de radar, os valores de REQM atingiram valores tão baixos quanto 41 metros, EMA reduziu para 37 metros e ENEE melhorou significativamente para cerca de 1.5. Estas métricas sublinham o profundo impacto das especificações do radar na precisão do rastreamento e sugerem a potencial eficácia do sistema de radar de Pampilhosa da Serra em aplicações SDMB quando configurado adequadamente.
- 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.
- 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 MendonçaIn recent years, the world has witnessed a dramatic increase in cyberattacks. The threat landscape is evolving unprecedentedly, leaving organizations vulnerable to cyberattacks. Intrusion Detection Systems (IDS) aim to protect and monitor the threatened networks. IDSs must evolve faster than attackers to defend current systems consistently and robustly. The main goal of this work is to show the benefits of including Microsoft (MS) Windows Events (MSWEs) in current IDSs, taking advantage of the full range of data types. MSWEs provide an in-depth representation of the behaviour of MS Windows machines. This system implements the dynamic extraction of both host and network features. The only user-defined instruction for feature extraction is the total number of features to extract. In addition, the system selects a fixed set of host and network features. The clustering process comprises three clustering algorithms working simultaneously to detect outliers. The system also explores four methods for outlier detection to overcome the difficulty of detecting multiple victims in the same attack. The proposed system is then evaluated with a public artificial dataset containing both data types. The evaluation metrics achieved by the different outlier detection metrics are then compared to similar approaches to demonstrate the benefits of including MSWEs in the system. The results show an increase of the F-score by 3%, recall by 5%, and the same precision compared with the best-performing similar approach. The results achieved by the proposed system emphasise the contributions offered by this work to the field of IDSs.