EN - TMI - Curso Engenheiros Navais – ramo Armas e Electrónica
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Recent Submissions
- Sistema Portátil de Carregamento de Equipamentos EletrónicosPublication . Gomes, Vicente Kitchecanar; Viegas, Vitor Manuel Rodrigues; Damas, Bruno DuarteAtualmente existe uma grande dependência de aparelhos eletrónicos nos setores da indústria, da saúde, da economia e até no cidadão comum, como tal, o mundo militar não é excessão.O funcionamento desses equipamentos está dependente das suas baterias, e quanto maior a bateria maior a autonomia. As baterias grandes constituem um problema para as forças militares, diminuindo a sua operacionalidade. De forma a contrariar este problema desenvolveu-se um sistema portátil de carregamento de equipamentos eletrónicos. O sistema é composto por um módulo fotovoltaico de 0,0025 m2 de área, uma bota com piezoelétricos e uma bobine de indução magnética. Realizou-se um estudo ao módulo fotovoltaico chegando à conclusão que este era mais eficiente quando conectado em série com uma resistência de 5,2 Ω. Realizou-se um estudo à bobine de indução magnética onde se concluiu que esta produz mais energia quando se encontra ligada em série a uma resistência de 815 Ω. Neste estudo também foi possível concluir que em movimento a bobine de indução magnética produz mais energia quando é colocada no tornozelo. Por fim realizou-se um estudo em que se verificou que o módulo fotovoltaico, de dimensões muito pequenas, produz energia a uma potência de 74 mW, 2,6 mW e 0 mW para situações de muita, pouca e nenhuma luminosidade, respetivamente. Isto faz com que o sistema portátil tenha 3 valores de potência: 74,58 mW, 3,18 mW e 583 µW. Apesar do sistema não se apresentar capaz de alimentar um aparelho eletrónico autonomamente, os estudos revelam que é possível carregar uma pilha AAA em menos de um dia.
- Localização e navegação em ambientes com disrupção de sinal GNSS usando unidades inerciais, odometria e outros sensoresPublication . Barata, Tomás dos Santos; Damas, Bruno; Viegas, Vítor; Conceição, Vítor F. Plácido daOs Sistemas Globais de Navegação por Satélite (Global Navigation Satellite System, GNSS) providenciaram um aumento significativo do rigor e disponibilidade de dados de Posicionamento, Navegação e Tempo (PNT), no entanto, esta vantagem expôs também vulnerabilidades nas infraestruturas críticas, pela dependência destes sistemas. A emergência dos veículos autónomos potencia ainda mais a criticidade desta dependência, em particular em cenários militares onde é fundamental dispor de dados de navegação e posição robustos e resilientes. Este estudo apresenta uma via para aumentar a resiliência dos sistemas PNT, através da implementação de fusão sensorial utilizando um Filtro de Kalman Estendido (Extended Kalman Filter, EKF). Explora-se, também, a importância dos dados PNT em cenários de Navigation Warfare (NAVWAR). É apresentada uma visão abrangente dos sensores relevantes. Os princípios dos Filtros de Kalman são abordados com detalhe. O trabalho desenvolvido na dissertação envolve a integração de um conjunto de sensores num veículo terrestre não tripulado (Unmanned Ground Vehicle, UGV) incorporando um recetor GNSS e um Sistema de Posicionamento Indoor (IPS) ba seado em beacons para complementar os sensores já existentes, Unidade de Medida Inercial (Inertail Measurement Unit, IMU) e encoders para as rodas. São desen volvidos modelos cinemáticos e dinâmicos, juntamente com modelos dos sensores para IMU, odometria, GNSS e IPS. O estudo centra-se na implementação de EKFs para fusão sensorial. Adquiriram-se múltiplos conjuntos de dados em ambiente interior e exterior, resultantes de diversos ensaios reais com o UGV. Subsequentemente, realizou-se uma análise qualitativa e crítica dos resultados obtidos. Este trabalho, alinhado com um grupo de trabalho da NATO, contribui para o avanço de soluções PNT robustas e resilientes para sistemas autónomos que operam em ambientes de disrupção de sinal GNSS. As conclusões e os resultados do desempenho da fusão sensorial são apresentados nos capítulos finais da dissertação.
- Integração de um sistema de apoio à aterragem de Veículos Aéreos Não Tripulados (UAVs) em naviosPublication . Vieira, Matilde de Macedo Correia; Damas, Bruno Duarte; Santos, Nuno Alexandre Antunes Martins PessanhaOs Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) são utilizados nos dias de hoje em inúmeras aplicações, abrangendo vigilância operacional, reconhecimento em tempo real, atividades humanitárias, entre outras. Os veículos aéreos não tripulados podem ser operados manualmente por um piloto ou autonomamente, com trajetos pré-definidos. A aterragem de veículo aéreo não tripulado em navios apresenta uma dificuldade acrescida devido à área limitada disponível a bordo. Adicionalmente, existem áreas navegáveis em que o sinal Global Positioning System (GPS) pode ter falhas intermitentes de sinal ou sofrer empastelamento, aumentando o desafio de aterragem dos veículos aéreos não tripulados. Consequentemente, torna-se fundamental auxiliar e automatizar a fase de aterragem de veículo aéreo não tripulado em navios, uma vez que é durante este período que ocorre o maior número de acidentes. A presente dissertação explora a visão computacional, aplicando duas câmaras por forma a localizar o veículo, apresentando-se como uma abordagem viável em situações em que ocorra falha de sinal GPS. Foram obtidos três conjuntos de dados reais, com um aparato experimental dedicado para o efeito, através da captura de imagens em três cenários distintos. Um dos cenários envolveu a aquisição de imagens a bordo de um navio da Marinha Portuguesa, evidenciando a diversidade dos dados obtidos. A calibração das câmaras foi efetuada de acordo com o método de Zhang e a determinação dos parâmetros intrínsecos e extrínsecos pelo método Perspective-n-Point. O alinhamento temporal entre as câmaras e os dados de telemetria do veículo aéreo não tripulado, permitem o sincronismo dos dados e uma maior precisão temporal. Os datasets adquiridos foram devidamente anotados para a análise do desempenho nos algoritmos implementados. O dataset disponibilizado é composto por cerca de vinte mil imagens anotadas através de bounding boxes. De forma a demonstrar a aplicação prática do dataset, os dados foram submetidos a duas aplicações distintas, o Filtro de Kalman Estendido e a Triangulação Stereo.
- Desenvolvimento de um simulador radar para auxílio na monitorização da Zona Económica Exclusiva de Cabo VerdePublication . Moniz, Bruno Miguel Monteiro; Felício, João MonteiroA Guarda Costeira de Cabo Verde, apesar de ter um sistema com diversos meios que auxiliam na monitorização do mar de Cabo Verde, a falta de um sistema radar é uma grande limitação nesse sistema. Partindo da premissa de que existe essa necessidade de ter um sistema radar, surgiu a necessidade de criar uma ferramenta que auxilie no planeamento da instalação desse sistema radar. O simulador desenvolvido se baseia nos princípios teóricos do radar, nas técnicas de simulação, nos conceitos que envolvem a propagação de RF e usando as ferramentas que o MatLab disponibiliza. O simulador está destinado a ser utilizado pela guarda costeira de Cabo Verde, permitindo avaliar efetivamente as necessidades de cobertura radar e planear a implantação de um sistema radar de acordo. Desta forma, este trabalho contribui para a melhoria dos esforços de vigilância marítima e segurança costeira em Cabo Verde.
- Estudo comparativo de alguns Métodos de cálculo de trajetórias acústicas submarinasPublication . Caquarta, Moisés Mueletunda Aleixo; Gatta, Mário; Moreira, Miguel BentoAs técnicas de cálculos de trajetórias de raios acústicos têm sido aperfeiçoadas, com objetivo de aproximar-se cada vez mais de resultados que satisfaçam os interesses para os quais são aplicadas. Na acústica submarina, o domínio destas técnicas é de suma importância, por contribuírem para a descoberta, estudo e preservação dos recursos existentes no oceano. No âmbito da Defesa, essas técnicas podem ser um elemento preponderante para a guerra antissubmarina. A presente dissertação centrou-se na relação e síntese de alguns métodos de cálculo de trajetórias acústicas submarinas e na sua aplicação perto de fontes hidrotermais por possuírem um grande gradiente de temperatura e por tanto relativamente grandes variações de velocidade do som em pequenas distâncias, permitindo uma melhor visualização do encurvamento dos raios acústicos. Com base em estudos anteriores, formulamos e relacionamos modelos de equações bidimensionais e tridimensionais utilizando dois métodos distintos: o método do tempo mínimo de Fermat e o método das linhas geodésicas. Conforme era expectável, observou-se que, para velocidades do fluido estacionários, ambos os métodos conduzem às mesmas equações diferenciais, uma correspondência que teoricamente se antevia. Para validar as equações formuladas, foram realizadas simulações computacionais utilizando as linguagens de programação MATLAB e Python. Considerando diferentes perfis de velocidade, emitimos raios a partir de certas posições e ângulos de emissão próximos a uma região com características idênticas a uma fonte hidrotermal, permitindo assim demonstrar a confiabilidade dos modelos formulados na prática. Após provar a confiabilidade das equações formuladas, introduziu-se um elemento essencial que evidencia a vantagem de um método em relação ao outro: a formulação de um modelo que considera a corrente do fluido. Usando o formalismo das linhas geodésicas, formulou-se o mesmo. Dado o movimento de fluidos que surgem nas chaminés das fontes hidrotermais, formulamos um modelo supondo um campo de velocidade do fluido ⃗v(vx; vy; vz) atuando somente na direção vz. Isso resultou em outras equações diferenciais que foram igualmente simuladas e cujos resultados foram igualmente discutidos.
- 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.
- Desenvolvimento do Sistema "Swarm Navigation"Publication . Lopes, Afonso Jorge Cardoso; Lobo, Víctor Sousa; Damas, BrunoA dissertação de mestrado apresentada insere-se no desenvolvimento do atual projeto europeu, Swarm of Biomimetic Underwater Vehicles. Este divide-se em duas etapas, tendo sido a primeira etapa representada pela construção de um veículo biomimético e a segunda pelo desenvolvimento de um cardume de veículos de baixo custo. A segunda etapa do projeto SABUVIS, iniciou-se com a construção do primeiro protótipo de um desses veículos, denominado de Tobias. O foco principal desta etapa é a construção de um modelo de swarm, composto por diversos veículos, com capacidades operacionais idênticas ao protótipo já desenvolvido e de baixo custo. Este modelo tem como foco possibilitar a concretização de operações com uma tipologia benéfica para a Marinha Portuguesa, como a recolha de dados em missões do tipo reconhecimento e vigilância, a monitorização e reconhecimento de determinadas áreas ou a guerra anti-submarina. O trabalho apresentado pretende realizar o desenvolvimento de um modelo de swarm, inicialmente com veículos de superfície, que futuramente possa ser inserido nos protótipos realizados. No modelo construído, são utilizados veículos de superfície diferenciais, isto é veículos apenas com dois veios e sem leme, devido à possibilidade de utilização de um maior número de veículos deste tipo e devido ao menor nível de complexidade perante veículos de sub-superfície. A construção deste modelo é realizada em diversas etapas como, a preparação e adaptação de um simulador realista já existente, denominado de USVSim através do desenvolvimento de algoritmos de controlo de trajetória e seguimento, com a realização dos seus respetivos testes. Após esta adaptação, foi concebido um sistema de controlo descentralizado, através de uma ferramenta de comunicações descentralizadas, o Multimaster, sendo os seus testes o controlo da formação dos veículos e a atribuição de tarefas especificas a cada um dos membros do grupo. Pretendia-se implementar esses algoritmos num pequeno swarm de USVs, a construir para o efeito, mas devido a problemas na obtenção no material, tal não ix foi possível, sendo o trabalho desenvolvido inteiramente em simulação. Para tal, foi utilizado um simulador realista que opera em ambiente ROS. No entanto foi feito o levantamento do hardware necessário para construção futura desses veículos. O modelo desenvolvido foca-se na coordenação e planeamento entre os indivíduos do grupo, permitindo a implementação em veículos com características distintas, permitindo um maior número de áreas de atuação.
- Estudo de métodos de resolução da equação de Rayleigh-Plesset, com aplicações à cavitaçãoPublication . Rodrigues, Francisco Inácio Nunes; Gatta, Mário; Moreira, MiguelA presente dissertação visa descrever a dinâmica de bolhas de gás de dimensões oscilantes, sujeitas a pressões variáveis em fluidos, tirando partido de desenvolvimentos nos métodos de resolução computacional e das equações diferenciais não-lineares. O tema presente neste trabalho insere-se no fenómeno da cavitação, por exemplo nas hélices dos navios, devido a uma diminuição da pressão de água a valores inferiores à pressão de vapor. A queda de pressão suscita a ebulição, que mesmo à temperatura ambiente da água, leva ao aparecimento de pequenas cavidades cheias ar. As bolhas estão sujeitas a pressões variáveis, em geral, por efeito da própria rotação da hélice, onde acabam por sofrer oscilações nas suas dimensões. Estas bolhas entram em colapso e assim, dar origem a ondas sonoras que, não só podem danificar equipamentos, como podem radiar som detetável. O objetivo deste trabalho é o estudo de métodos de resolução da equação de Rayleigh-Plesset, sendo esta a regularmente usada para investigar o comportamento de bolhas assim formadas. Para se conseguir cumprir este objetivo será adotada inicialmente uma metodologia analítica de estabelecimento das equações fundamentais, com base em estudos de investigações anteriores, e depois irá ser realizada a análise e a resolução da equação em meios computacionais, com código criado em linguagem MATLAB. Por fim, após a apreciação das simulações obtidas para o modelo construído será feito o enquadramento no campo da cavitação, com aplicações no contexto naval. Trata-se um projeto para a Marinha, uma vez que se pretende entender a dinâmica das bolhas de cavitação e aumentar a multidisplinaridade do tema na Marinha. O conhecimento nesta área fornece pistas para a resolução de problemas associados à cavitação, quer ao dano no casco, quer ao excesso de ruído produzido por este fenómeno.
- Microwave Remote Sensing for Marine Litter MappingPublication . Amador, João Pedro Martins da Silva Beirão; Felício, João Monteiro ; Fernandes, Carlos António Cardoso ; Matos, Sérgio de AlmeidaAnualmente toneladas de macro plásticos entram no ambiente marinho ameaçando o bem-estar das espécies no oceano. A remoção deste plástico é uma prioridade máxima, e a sua deteção antecipada é um fator determinante para a sua mitigação e limpeza. O oceano é todavia muito vasto e apenas através de satélites poderá o lixo ser identificado globalmente num curto período temporal. Recentemente surgem estudos sobre tecnologias de micro-ondas que ainda assim carecem de pesquisa em muitos aspetos. Este estudo pretende melhorar a deteção de lixo marinho utilizando técnicas de Radar, especialmente na banda X, a qual apresenta os melhores resultados de deteção. Foram analisadas medidas geradas numericamente bem como medidas experimentais para detetar lixo em várias condições, tais como sobre a influência do efeito de Bragg. Para alem disso foram analisadas várias concentrações e sub-bandas de frequência, indicando que mesmo nas condições para o efeito de Bragg é possível detetar o lixo. O estudo também recorre a antenas multipolarizadas para detetar lixo. Em termos de polarimetria, a análise de Pauli é conclusiva para o número de reflexões que os raios refletidos sofrem.
- Desenvolvimento de rádio definido por software para sistema de radar passivoPublication . Albuquerque, Miguel Ramos Gonçalves Stattmiller; Felício, João Manuel de Almeida Monteiro; Marques, Paulo Alexandre CarapinhaOs radares de abertura sintética passivos têm a utilidade de ser indetetáveis, visto que não requerem a transmissão de sinais. De facto, contrariamente aos radares ativos, os radares passivos utilizam os sinais difundidos por iluminadores de oportunidade. Estes sinais refletem nos alvos e, através de processamento de sinal adequado, é possível estimar a posição dos mesmos. Esta característica é uma vantagem significativa do ponto de vista militar. Esta tecnologia está atualmente no estado de maturação para radares terrestres no âmbito de controlo de tráfego aéreo e vigilância. Foi demonstrado que os radares passivos podem ser bem sucedidos a obter imagens terrestres, detetar vários tipos de alvos como drones, aeronaves, embarcações e obter imagem dos mesmos. No entanto, apesar dos desenvolvimentos mais recentes desta tecnologia, a mesma encontra várias dificuldades, dados os desafios envolvidos. Para além disso, é uma área que se encontra pouco desenvolvida em Portugal. Estes motivos, aliados à necessidade de conceção de um rádio definido por software para um radar de abertura sintética passivo, motivaram esta proposta da dissertação de Mestrado. O objetivo da seguinte tese é desenvolver um sistema de radar passivo de baixo custo. Para tal, foi desenvolvido um simulador 2D de radar de abertura sintética passivo, o qual, utilizado para testar o processamento de sinal. Além disso, foi igualmente testado, experimentalmente, um radar passivo para detetar aeronaves. Para a realização do recetor rádio será necessário a utilização de um recetor GNU radio, que possibilite a deteção dos sinais e do software MATLAB que viabilize o processamento dos sinais recebidos. No final, com a junção destas duas componentes, espera-se que seja possível a deteção de alvos, de forma passiva. Para tal, serão correlacionados os sinais de referência, transmitido do iluminador de oportunidade, e o sinal medido, refletido pelo alvo. Os resultados demonstram que é possível detetar a presença das aeronaves, de forma passiva, através da comparação dos valores de correlação, ainda que, com pouca congruência nos resultados do desvio de doppler.