Wavefield modeling and signal processing for sensor arrays of arbitrary geometry

Sensor arrays and related signal processing methods are key technologies in many areas of engineering including wireless communication systems, radar and sonar as well as in biomedical applications. Sensor arrays are a collection of sensors that are placed at distinct locations in order to sense physical phenomena or synthesize wavefields. Spatial processing from the multichannel output of the sensor array is a typical task. Such processing is useful in areas including wireless communications, radar, surveillance and indoor positioning. In this dissertation, fundamental theory and practical methods of wavefield modeling for radio-frequency array processing applications are developed. Also, computationally-efficient high-resolution and optimal signal processing methods for sensor arrays of arbitrary geometry are proposed. Methods for taking into account array nonidealities are introduced as well. Numerical results illustrating the performance of the proposed methods are given using real-world antenna arrays. Wavefield modeling and manifold separation for vector-fields such as completely polarized electromagnetic wavefields and polarization sensitive arrays are proposed. Wavefield modeling is used for writing the array output in terms of two independent parts, namely the sampling matrix depending on the employed array including nonidealities and the coefficient vector depending on the wavefield. The superexponentially decaying property of the sampling matrix for polarization sensitive arrays is established. Two estimators of the sampling matrix from calibration measurements are proposed and their statistical properties are established. The array processing methods developed in this dissertation concentrate on polarimetric beamforming as well as on high-resolution and optimal azimuth, elevation and polarization parameter estimation. The proposed methods take into account array nonidealities such as mutual coupling, cross-polarization effects and mounting platform reflections. Computationally-efficient solutions based on polynomial rooting techniques and fast Fourier transform are achieved without restricting the proposed methods to regular array geometries. A novel expression for the Cramér-Rao bound in array processing that is tight for real-world arrays with nonidealities in the asymptotic regime is also proposed. A relationship between spherical harmonics and 2-D Fourier basis, called equivalence matrix, is established. A novel fast spherical harmonic transform is proposed, and a one-to-one mapping between spherical harmonic and 2-D Fourier spectra is found. Improvements to the minimum number of samples on the sphere that are needed in order to avoid aliasing are also proposed

Petrografia e Geoquímica de Rochas Metamáficas e Metaultramáficas da região de Cambuci, Rio de Janeiro

No norte do estado do Rio de Janeiro são encontradas ocorrências localizadas de corpos de rochas máficas e ultramáficas variavelmente deformadas e metamorfisadas. Tratam-se de (meta)clinopiroxenitos, (meta)piroxenitos, (meta)dioritos a quartzodioritos e principalmente (meta)gabros, (meta)noritos e (meta)gabronoritos, com estrutura isotrópica a ligeiramente foliada, revelando aspecto tectonizado marcado por orientação de piroxênio/anfibólio e feldspato ou clots máficos. Textura primária granular, cumulática e de fluxo é observada em amostras desses vários litotipos, em contraponto com aquelas que apresentam fortes evidências de recristalização. Quimicamente possuem composição basáltica, assinatura toleítica e associação com ambiente de fundo oceânico, particularmente MORB transicional a enriquecido. O conjunto de dados permite interpretar essas rochas como remanescentes de paleo-oceano posicionados tectonicamente junto aos paragnaisses regionais

Uncovering Vegetation Changes in the Urban–Rural Interface through Semi-Automatic Methods

Barbosa, B., Rocha, J., Costa, H., & Caetano, M. (2022). Uncovering Vegetation Changes in the Urban–Rural Interface through Semi-Automatic Methods. Applied Sciences, 12(5), 1-14. [2294]. https://doi.org/10.3390/app12052294 -------------- Funding: This research was funded by Portuguese Foundation for Science and Technology, I.P. (FCT), under the framework of the Project “FORESTER—Data fusion of sensor networks and fire spread modelling for decision support in forest fire suppression” [name of funder] grant number PCIF/SSI/0102/2017. The APC was funded by the Research Unit UIDB/00295/2020 and UIDP/00295/2020.Forest fires are considered by Portuguese civil protection as one of the most serious natural disasters due to their frequency and extent. To address the problem, the Fire Forest Defense System establishes the implementation of fuel management bands to aid firefighting. The aim of this study was to develop a model capable of identifying vegetation removal in the urban–rural interface defined by law for fuel management actions. The model uses normalised difference vegetation index (NDVI) of Sentinel-2 images time series and is based on the Welch t-test to find statistically significant differences between (i) the value of the NDVI in the pixel; (ii) the mean of the NDVI in the pixels of the same land cover type in a radius of 500 m; and (iii) their difference. The model identifies a change when the t-test points for a significant difference of the NDVI value in the ‘pixel’ as comparted to the ‘difference’ but not the ‘mean’. We use a moving window limited to 60 days before and after the analysed date to reduce the phenological variations of vegetation. The model was applied in five municipalities of Portugal and the results are promising to identify the places where the management of fuel bands was not carried out. This indicates which model could be used to assist in the verification of the annual management of the fuel bands defined in the law.publishersversionpublishe

Simplificação de processos com cartão de cidadão

Na sociedade moderna, o uso de novas tecnologias e das correspondentes aplicações informáticas, levanta diversas questões, sendo, sem dúvida a mais importante, a segurança dos utilizadores e dos sistemas. A implementação de novos processos fazendo uso dos meios informáticos disponíveis permite o aumento da produtividade e a sua simplificação sem perder a fiabilidade, através da desmaterialização, desburocratização, acessibilidade, rapidez de execução, comodidade e segurança. A introdução do cartão de cidadão com todas a sua potencialidade contribui para a implementação dos processos acima referidos, os quais acompanharam a evolução do quadro legislativo nacional e europeu. Contudo verificam-se algumas lacunas, devido à sua imaturidade, sendo o seu desenvolvimento um processo ainda em curso. Com o presente trabalho pretende-se criar uma solução aberta a várias aplicações, que permite a optimização de processos através da sua simplificação, com recurso à assinatura digital, autenticação e uso de dados pessoais, tendo em atenção a legislação vigente, o actual cartão de cidadão e os requisitos de segurança. ABSTRACT: ln modern society, the increasing application of information technologies have arisen several questions, being the private and sensitive data security the most important. Today new informatics processes have come to increase productivity using faster and simplified mechanisms, keeping reliability and security. The introduction in Portugal, of the new citizen card is a great example of the above mentioned, in accordance with the National and European legislation. Nevertheless, being recently adopted, it stills vulnerable and therefore is in constant update and revision. The purpose of this thesis is the creation of an open solution to other new applications, aiming a simplification and optimization of citizen card. Seeking the maximum security, it is utilized digital signature, authentication and personal details, always according to the legislation in effect

Automatic detection of vegetation cover changes in urban-rural interface areas

Barbosa, B., Rocha, J., Costa, H., & Caetano, M. (2022). Automatic detection of vegetation cover changes in urban-rural interface areas. MethodsX, 9, 1-7. [101643]. https://doi.org/10.1016/j.mex.2022.101643 ---------- This work was financed by national funds through FCT—Portuguese Foundation for Science and Technology, I.P., under the framework of the Project “FORESTER - Data fusion of sensor networks and fire spread modelling for decision support in forest fire suppression” [PCIF / SSI / 0102 / 2017] and is relative to a scientific Research Fellowship BI_27_20.The present work started from the need to streamline the process of monitoring changes in vegetation in the in urban-rural interface fuel management bands, defined by Portuguese legislation as areas where the existing biomass must be totally or partially removed. The model developed uses a time series of Sentinel 2 satellite images to search for changes in the vegetation cover in a 100 meters buffer around built-up areas. The use of satellite data allows analysing large areas and speeds up the task of identifying the places where fuel management took place and the places where there is a need to carry out such management. The objective of the proposed method is to give a script in Python language that can verify the cleanliness of vegetation in the fuel management ranges through multi-temporal analysis of satellite images.publishersversionpublishe

Modelação da nuvem de retardante químico: optimização no combate aos fogos florestais

Doutoramento em Ciências Aplicadas ao AmbienteO número de fogos e a área ardida em Portugal têm aumentado nos últimos anos. As causas para este facto são diversas. Importa, pois, conhecê-las para as poder eliminar. Esta filosofia preventiva encontra-se hierarquicamente acima de uma atitude remediativa como o combate aos incêndios florestais. Contudo, não existindo uma eficiência plena na prevenção, deve o Estado munir-se das ferramentas necessárias para um combate eficaz deste problema que surge todos os verões. Os meios aéreos são um exemplo por excelência de eficácia, uma vez que possibilitam a descarga de milhares de litros de água ou retardantes químicos sobre, ou a jusante, da frente de fogo. A sua velocidade, aliada à possibilidade em aceder mesmo a sítios remotos para meios terrestres, torna-os ainda mais valiosos nos meses quentes. Porém, a sua eficácia encontra-se associada à construção de uma linha contínua de retardante, com a largura e concentração adequada. Caso tal não se verifique, estar-se-á a desperdiçar em parte, esta ferramenta. Ainda hoje não se conhece toda a física da nuvem, especialmente a atomização/deformação e dispersão da mesma na atmosfera, pelo que a forma de aplicar o retardante não está optimizada. Exceptuando o sistema MAFFS, a aplicação de retardantes químicos ou água faz-se pela abertura do aerotanque, ficando o líquido sujeito à acção da gravidade. Ao sair do tanque, as forças aerodinâmicas atomizam o fluido, formando gotas milimétricas ou menores. Estas gotas, por sua vez, vão cair até atingirem o solo ou a vegetação. Durante este percurso, a nuvem de gotas é dispersada, sofre ainda evaporação e, em menor extensão, troca de calor com o ar atmosférico. Importa referir que são diversas as variáveis operacionais que condicionam a mancha de retardante no solo. Dentro destas, as mais influentes são (1) a velocidade de voo (2) altura de voo, (3) caudal de saída de retardante, (4) direcção de voo e (5) propriedades físicas do retardante, nomeadamente viscosidade e elasticidade. Estas variáveis devem ser ajustadas de forma a optimizar a descarga de retardante numa situação concreta, interessando analisar a mancha necessária para parar ou diminuir a frente de fogo e variáveis ambientais como o vento, temperatura e humidade atmosférica. De forma a integrar o efeito de todas as variáveis, foram realizadas simulações que utilizam estes parâmetros operacionais como inputs. Foram usados dois modelos distintos - RAM e FLUENT - com propósitos e alcances diferentes. O trabalho desenvolvido permitiu concluir acerca da aplicabilidade de códigos CFDs para modelar a nuvem de retardante. Estas simulações descrevem várias propriedades associadas à nuvem, nomeadamente (i) campo de velocidades, (ii) turbulência, (iii) humidade, (iv) temperatura, (v) densidade, (vi) trajectória das gotas de retardante e (vii) pressão. As simulações comprovam que os aerotanques mais modernos, que controlam e debitam um caudal constante, são mais eficientes, por produzirem uma mancha igualmente mais uniforme segundo a sua longitudinal. O MAFFS é um sistema especial que possui esta mesma vantagem, existindo ainda outros exemplos comerciais com libertação gravítica do fluido. Os sistemas mais recentes são, contudo, mais caros e de utilização limitada na Europa. As simulações efectuadas permitem inferir acerca do efeito das principais variáveis operacionais: • No que se refere à altura de voo, verifica-se uma correlação directa com o aumento da dispersão transversal e uma consequente diminuição das concentrações de retardante. Para largadas a alturas inferiores a 30 metros, existem riscos acrescidos de o fluído atingir o solo antes de ser completamente atomizado, pondo em perigo vidas e bens em terra. Este valor mínimo de segurança deve ser ajustado tendo em conta o caudal, a viscosidade e a elasticidade do retardante, bem como o aerotanque em causa; • A trajectória de voo é definida pela posição e orientação da mancha de retardante necessárias a jusante da frente de fogo. Contudo, o ângulo entre a trajectória do avião e a direcção do vento atmosférico condiciona a dispersão da nuvem, especialmente das gotas mais finas; • A variável mais influente na mancha de retardante é dada pelo cociente entre o caudal de retardante à saída do aerotanque e a velocidade do avião, ou seja, a quantidade de líquido debitado por unidade de tempo e de espaço linear percorrido pelo avião; • As propriedades físicas do fluido influenciam directamente o comportamento da nuvem. A atomização do líquido é inversamente proporcional à visco-elasticidade do retardante, o que afecta a distribuição granulométrica das gotas. A fase final do revestimento do combustível é dependente da visco-elasticidade e também da tensão superficial do retardante; • Diversos outros parâmetros operacionais influenciam o comportamento da nuvem e, portanto, a mancha de retardante, como as condições atmosféricas (vento, humidade e temperatura) e a proximidade à frente de fogo; A título conclusivo, sugerem-se aerotanques que debitem um caudal constante, apontam-se os cuidados a ter com a altura da largada e alerta-se para a necessidade de ajustar as propriedades físicas do fluido às circunstâncias do incêndio em questão. Não se tendo esgotado o presente estudo, recomenda-se a sua continuação ao nível da simulação e da aferição dos modelos através de ensaios à escala real.Both area and number of forest fires have grown during the last years. There are several causes that explain this fact. It is important to know these causes in order to avoid them. Prevention is more desirable than the remediation of fire fighting. However, the efficiency of the prevention is below 100 % and, thus, there is the need of wildfire fighting tools. Aerial means are an excellent example of efficiency as they can drop thousands litres of water or chemical retardants above or at the front of the fire line. Aircraft velocities and its possibility to access remote places for terrestrial means, make them even more important in an integrated system. However, their efficiency is dependent on the continuity of the crop pattern with both cross range and concentrations needed. If these levels of retardant are not achieved, its efficiency can be low. The physics of the retardant cloud is not yet known in detail, especially the atomization/deformation of the bulk liquid, and thus the application of the retardant is not optimized. Except in the MAFFS, the aerial application of retardants begins by the liquid exit promoted by gravity. As the liquid leaves the air tanker, this fluid is subject to aerodynamic forces that atomize the retardant into droplets. These particles fall in the atmosphere till they reach the ground or the vegetation. During the cloud trajectory, droplets are dispersed, evaporated and exchange heat with the surrounding air. There are several operational variables that influence the retardant pattern at the ground. The most important are: (1) airplane velocity, (2) airplane height, (3) retardant flow-rate, (4) direction between airplane and wind and (5) physical properties of the retardant fluid, mainly the viscosity and elasticity. These parameters can and should be adjusted in order to optimize the aerial application of retardants in function of the retardant pattern needed to slow down the fire and the environmental conditions like wind, humidity and air temperature. In order to integrate all of the influencing variables, simulations were made, by using these variables as model inputs. Two models were used – RAM and FLUENT with different purposes. The developed work allowed verifying that CFDs are applicable in order to describe the cloud behaviour. Performed simulations compute several cloud properties such as: (1) wind field, (2) turbulence, (3) humidity, (4) temperature, (5) density, (6) droplets trajectory and (7) pressure field. The simulations preclude that the most modern air tankers that control the flow-rate are more efficient because they produce a more constant retardant pattern along its longitudinal. MAFFS is an example of such technology, coexisting with others where the retardant is released by the gravity force. These new systems are, however, more expensive and rarely used in Europe.The developed simulations allow the following conclusions: • In what concerns the flight height, there is an increase of the lateral dispersion of retardant and a decrease in the retardant pattern maximum concentrations. For drops below 30 meters, there is a considerable risk of injury for people on the ground because the fluid can attain the soil before a complete atomization. This minimum value must be adjusted considering the fluid properties and the retardant flow rate exiting the air tanker and its geometry; • Although the airplane trajectory is defined by the desired fire wall, the angle between the airplane and the wind influences the dispersion of the cloud, especially of the smaller droplets; • The most important parameter affecting the retardant pattern is the ratio between the flow-rate and the airplane velocity, which is the amount of retardant released by unit of time and space; • The retardant properties do affect the cloud behaviour and thus the efficiency. The atomization is inversely proportional to the viscoelasticity. The third phase of the retardant coating is dependent of the viscosity and also on the superficial tension of the chemical retardant. • There are other parameters that influence the retardant cloud at a less extent, like the atmospheric conditions (temperature, humidity and stability) and the proximity of the fire front. The main conclusions that arise from this work are (1) the recommendation of the use of the most modern air tankers with constant flow-rate, (2) care with low height drops, (3) and the adjustment of the retardant physical properties with the real characteristics of the fire being analyzed. The study presented is not terminated and, thus, it is recommended its continuation at the level of the models validation extent based on more experimental work

Comparison of young swimmer’s active drag coefficient using three methods to compute trunk transverse surface area.

The purpose of this study was to compare the active drag coefficient (CDa) of young swimmers using three different ways of measuring the trunk transverse surface area (TTSA). 23 young swimmers, including 12 boys and 11 girls were analyzed. The velocity perturbation method of Kolmogorov was used to compute CDa. The TTSA was calculated based on three methods: (i) measured by photogrammetric; (ii) estimated by the equation developed by Clarys and; (iii) estimated from the equations developed by Morais et al.. Three procedures were used in the comparison CDa values: (i) T-Student test; (ii) simple linear regression analysis and; (iii) Bland Altman plots. All paired samples showed significant differences (p <0.001) when comparing mean values. However, there were significant correlations (p <0.001) between the paired samples in the simple linear regression analysis, and the in the Bland Altman plots for all conditions studied. At least 80% of the plots were within the ± 1.96 standard deviation of the difference. As a conclusion, the mean values of CDa computed with TTSA estimated with the equations developed by Morais et al. were the ones with lower difference compared with TTSA measured directly. Those should be used by coaches and investigators in order to estimate TTSA for CDa computing

Ataques fulminantes em sistemas operativos Microsoft Windows

A segurança informática tem hoje em dia um foco mediático bastante acentuado, sendo recorrente a divulgação de notícias relativas a intrusões e fraudes informáticas, furtos de informação, bem como o surgimento de séries televisivas sobre o tema. Esta crescente importância da segurança informática deve-se, em grande parte, à divulgação de um número crescente de ataques informáticos de enorme relevância, quer pelos prejuízos financeiros causados quer pelo acesso, modificação ou destruição de informações privilegiadas. Nos ataques a sistemas informáticos é comumente envolvida a pesquisa por vulnerabilidades conhecidas, sendo necessário obter informações sobre o sistema vítima o que, geralmente, é efetuado através da Internet ou da rede informática. Este é um dos motivos que leva os ataques a sistemas informáticos serem caracterizados pela sua duração, possibilitando aos equipamentos de monitorização do tráfico de redes a identificação do ataque. A recolha de informações que estes ataques efetuam dota o atacante de conhecimentos que possibilitam a exploração de alguma vulnerabilidade. Assim torna-se relevante a recolha, inclusivamente, de informações voláteis, ou seja, se o atacante tiver necessidade de reiniciar o computador alvo, estas informações poderão ser perdidas. Com esta dissertação pretende-se contribuir para uma maior segurança da informação dos utilizadores e das organizações, através do desenvolvimento de estratégias e técnicas de ataques de curta duração a sistemas informáticos com o sistema operativo Microsoft Windows, sistema operativo utilizado por cerca de 91% dos utilizadores em computadores de tipo Desktop, e alvo recente de melhorias significativas na sua segurança

Experimental Demonstration of a Structured Material with Extreme Effective Parameters at Microwaves

Following our recent theoretical studies [M. G. Silveirinha, C. A. Fernandes, Phys. Rev. B, 78, 033108, 2008], it is experimentally verified that an array of crossed metallic wires may behave as a nonresonant material with extremely large index of refraction at microwaves, and may enable the realization of ultra-subwavelength waveguides.Comment: accepted for publication in Applied Physics Letters (in press). Applied Physics Letters (in press) (2008

Superlens made of a metamaterial with extreme effective parameters

WOS:000262607800045 (Nº de Acesso Web of Science)We propose a superlens formed by an ultradense array of crossed metallic wires. It is demonstrated that, due to the anomalous interaction between crossed wires, the structured substrate is characterized by an anomalously high index of refraction and supports strongly confined guided modes with very short propagation wavelengths. It is theoretically proven that a planar slab of such structured material makes a superlens that may compensate for the attenuation introduced by free-space propagation and restore the subwavelength details of the source. The bandwidth of the proposed device can be quite significant since the response of the structured substrate is nonresonant. The theoretical results are fully supported by numerical simulations