AM - CET - EE - Dissertação de Mestrado
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- Modificação das caraterísticas de radiação de uma antena usando componentes eletrónicosPublication . Silva, André Alves; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesAo longo das últimas décadas, a acentuada evolução tecnológica apresentou um papel fundamental no desenvolvimento das forças militares no mundo. O Exército português também assimilou esses avanços tecnológicos e incorporou-os nas suas atividades, originando uma revolução no modus operandi das Forças Armadas, designada por Revolução nos Assuntos Militares. Nos últimos anos, o Exército Português desenvolveu dois robôs para realizarem tarefas de vigilância e reconhecimento, nos vários teatros de operações. As comunicações sem fios com estes robôs necessitam de uma antena que seja robusta, de pequenas dimensões, e que permita variar a direção e largura do lobo principal. Foi assim dimensionada e simulada uma antena designada por Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (ESPAR), através da técnica dos algoritmos genéticos, cujo projeto constitui o objetivo principal desta Dissertação de Mestrado. Esta antena vai possibilitar ao operador ter uma antena orientável, permitindo escolher a direção para a qual a emissão apresenta um ganho máximo. A variação das impedâncias mútuas da antena permite alterar a relação das correntes, que por sua vez torna possível variar a direção e largura de banda do lobo principal, possibilitando obter diferentes diagramas de radiação. A antena foi projetada e simulada para operar na banda dos 2,4GHz usando o programa 4NEC2X. Posteriormente, foi dimensionada uma malha de adaptação e um plano de terra que permitiram assegurar a adaptação e funcionamento eficaz da antena. A antena ESPAR, pelas suas caraterísticas finais, apresenta os requisitos necessários para estabelecer comunicação com os robôs, nos teatros de operações do Exército Português.
- Projeto, realização e estudo comparativo de 2 agregados de fendasPublication . Monteiro, João Carlos Ferreira; Martins, Maria João MarquesNo contexto actual, as redes sem fios surgem como uma vertente capaz de disponibilizar os mais variados serviços (Televisão, Internet, Telefone, etc). A crescente procura deste tipo de redes, incentiva o desenvolvimento de projectos nesta área, bem como a optimização de recursos já existentes, com o objectivo de tornar este serviço mais competitivo. Esta dissertação surgiu da ambição de realizar um estudo comparativo de 2 antenas constituídas por guias de onda com fendas em plano ortogonais. As antenas possuem o mesmo número de fendas, diferindo apenas na posição das mesmas: uma tem fendas no plano zx, a outra contém fendas no plano zy. Apresentam ainda divergências no parâmetro offset: a antena com fendas no plano zx necessita do dimensionamento de um offset, enquanto a antena com fendas no plano zy não tem offset. A análise das antenas será baseada em parâmetros característicos como a largura de feixe a -3dB, o ganho nos diferentes planos de polarização e o coeficiente de onda estacionária. Pretende-se projectá-las para que operem na banda de 2,45GHz, realizando as simulações e medidas experimentais correspondentes aos parâmetros em estudo através da utilização do simulador CST MWS e a Câmara Anecóica do DEEC/IST respectivamente. Este estudo tem ainda como objectivos a aquisição de experiência no projecto, realização e prática de antenas; a caracterização, simulação e medição das características de radiação das antenas e por fim o dimensionamento de sistemas de adaptação.
- Sistema de detecção de posiçãoPublication . Miranda, Óscar Manuel Carvalho de; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesO trabalho a desenvolver nesta Dissertação enquadra-se no âmbito do projecto FIREND®, no qual se pretende projectar uma munição que permita a colaboração da artilharia no combate a incêndios florestais. Essa munição deve libertar uma substância, que possibilite o retardamento da expansão do fogo ou mesmo a sua extinção. A presente Dissertação descreve um sistema de altimetria que permite o accionamento da munição antes do seu embate com o solo. O sistema de altimetria utiliza um laser e o método de medida de distâncias conhecido por telemetria por impulsos. Na telemetria por impulsos o sistema tem basicamente um emissor laser e um foto-receptor. A distância é calculada através da medida do tempo de voo de um impulso emitido pelo laser, ou seja, do tempo que decorre desde a emissão do impulso até à sua chegada ao foto-receptor após ser reflectido pelo alvo. A colocação do sistema de altimetria na munição impõe um conjunto de restrições ao sistema. Assim as suas dimensões devem ser reduzidas, não necessita de uma precisão de medida muito elevada (~1m), deve ter um custo baixo e deve ser capaz de suportar os valores da aceleração inicial aquando do lançamento da munição.
- Sistemas de comunicação espacial por laser para aplicações em DefesaPublication . Guimarães, Jonathan de Campos; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesAtualmente, a utilização dos satélites é indispensável para o nosso dia a dia, sendo que a sua aplicação surge em várias áreas da nossa sociedade. Como tal, e dada a sua importância, a sua evolução é uma grande prioridade da comunidade científica, de forma a estabelecer sistemas de comunicação cada vez mais eficientes. Hoje em dia, as comunicações entre satélites e entre os satélites e a superfície terrestre utilizam predominantemente ligações por radiofrequência. As comunicações óticas em espaço livre começam agora a surgir como alternativa, oferecendo, entre outras vantagens, uma muito maior largura de banda. Assim, o futuro das comunicações via satélite será fortemente dependente da evolução dos sistemas de comunicação ótica. Esta dissertação insere-se no estudo dos sistemas de intercomunicação ótica de satélites usando lasers. Tem como objetivo a análise e definição dos subsistemas emissor e recetor deste tipo de sistemas. Para além disso, desenvolveu-se também um programa de simulação do funcionamento do emissor e do recetor, que permitirá avaliar de forma expedita o impacto das alterações de parâmetros no desempenho do sistema.
- Projecto de uma antena para comunicação Wireless do ROVIMPublication . Almeida, Tiago Daniel Sanches de; Marçal, Maria Hermínia Caeiro Costa; Martins, Maria João MarquesA evolução tecnológica leva ao aparecimento de novos meios e novas realidades, revolucionando por completo o mundo. O Exército Português também acompanha esta evolução e adquiriu recentemente vários robôs para serem utilizados na vigilância do teatro de operações. Esta dissertação tem como objectivo dimensionar e construir um protótipo de uma antena que visa fazer a comunicação ,sem fios (wireless) entre o operador e o robô usado na vigilância. Este protótipo tem de permitir ao operador alternar entre várias larguras do lobo principal (-3 dB) e ao mesmo tempo vários ganhos. Nesta dissertação foi projetctada, simulada, construída e testada uma antena usando a técnica dos algoritmos genéticos, que permite alterar a largura do lobo principal (-3 dB) e ao mesmo tempo operar com um determinado ganho para essa largura de feixe, sendo assim possível passar de um lobo “estreito” para um mais “largo”. Inicialmente a antena foi dimensionada e simulada no programa de simulação CST MWS, para operar na banda dos 2,4 GHz. Após ter sido construída, a antena foi testada na câmara anecóica e foi verificado se os diagramas de radiação e o coeficiente de onda estacionária correspondiam aos que tinham sido simulados no CST MWS. Estes dados permitem concluir que os diagramas de radiação e o coeficiente de onda estacionária simulados e medidos são muito próximos, sendo que os valores medidos são sempre melhores que os simulados.
- Sistemas de comunicação ótica inter-satélites para aplicações em Defesa - IIPublication . Fatela, Carlos Eduardo Henriques Rodrigues; Torres, João Paulo Neto; Martins, Maria João MarquesEsta dissertação aborda o estudo dos sistemas de intercomunicação utilizados pelos satélites com base em ligações óticas e tem como objetivo final a construção de um recetor ótico em placa impressa. O recetor ótico foi representado através de um diagrama de blocos. É possível desta forma identificar as funções de cada parte do recetor ótico, relativamente ao sinal recebido. A escolha dos componentes foi feita com base nas vantagens e desvantagens que apresentam, sendo cada um deles explicado e analisado. Tendo em conta as diferentes opções que podem ser realizadas para a modelação de cada bloco, foi escolhida a solução mais indicada e vantajosa para todo o conjunto de componentes que o recetor terá. Ao longo desta dissertação foi feita uma introdução e explicação de cada fase do recetor, assim como dos seus componentes principais. Para complementar, foram realizados testes práticos a cada bloco, e por vezes ao componente principal em específico desse mesmo bloco. Conclui-se, que a modelação e elaboração do recetor ótico destinado a baixas frequências é capaz de cumprir todos os objetivos previstos.
- 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.
- 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.
- Sistema de navegação para robot móvel com filtros de KalmanPublication . Vaz, David José Ferreira; Gerald, José António Beltran; Serralheiro, António Joaquim dos Santos RomãoO estudo realizado no âmbito desta Tese de Mestrado centra-se no desenvolvimento de um sistema de navegação para um robot móvel terrestre para que este seja capaz de seguir de forma autónoma um percurso predefinido. Este trabalho reúne informação relativa ao Estado da Arte na temática dos filtros de Kalman e sistemas de navegação, são descritos os algoritmos desenvolvidos e métodos de implementação e são apresentados os resultados relevantes da aplicação deste sistema. Este controlo utiliza os sensores deste robot (IMU, GPS e odometria) e processa a informação em Matlab e C# num PC, utilizando redes Wireless para comunicação. A informação dos sensores odométricos é combinada para estimativa da posição instantânea do robot e é determinado o erro relativamente à posição obtida pelo GPS. Este erro é filtrado com filtros de Kalman lineares e reintroduzido na estimativa de posição. É assim possível estabelecer um equilíbrio entre os dados de várias fontes (com os erros e ruído associados a cada uma) e aproveitar as potencialidades de previsão dos filtros de Kalman. O objetivo é realizar uma estimativa discreta ótima da posição instantânea do robot. Esta posição é depois utilizada na navegação automática do robot, que se pretende o mais certa possível. Esta navegação baseia-se num programa de demonstração fornecido com o robot mas é descrita e ajustada para melhorar o processo. Testes de avaliação que ilustram a capacidade do robot percorrer automaticamente um percurso predefinido são apresentados confirmando a validade do trabalho e o funcionamento dos algoritmos.
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