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Enregistrement W4414480441 · doi:10.1016/j.ast.2025.110964

Neural Networks for high accuracy short term ship motion predictions with applications to autonomous UAVs

2025· article· en· W4414480441 sur OpenAlexafffund
Rishad A. Irani

Notice bibliographique

RevueAerospace Science and Technology · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMaritime Navigation and Safety
Établissements canadiensCarleton University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Network for Research and Innovation in Machining Technology, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésArtificial neural networkAutoencoderComputationNoise (video)Term (time)Nonlinear systemMotion (physics)Data modeling

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

• Computationally efficient models which can be used by UAV mounted computers • Comparison of common Neural Network model and new model • Robust Neural Network models that can now be used without noise filtering • Large augmented dataset to reflect real data measured from UAV An Autonomous Uncrewed Aerial Vehicle (UAV) attempting to perform a vertical landing on a moving ship’s deck must be capable of predicting the ship’s motion in order determine the most opportune landing time. If the UAV is acting independent of the ship additional constraints are introduced; computation resources are limited to what can be mounted on the drone and the UAV must predict motion from noisy UAV-mounted sensors. The work presented proposes a Gated Recurrent Unit based Autoencoder (GRU-A) Neural Network (NN) model for predicting future ship motion with the aforementioned constraints. The GRU-A model is compared to a more typical Multi-Layered Perceptron, Nonlinear Auto-Regressive (MLP-NAR) NN model. Both NN models are tested for their ability to minimize error over a 5 s prediction horizon composed of 50 separate time-steps, their ability to predict through noisy inputs and mitigate the introduced error, and their computation costs. Furthermore, a large dataset made from a high fidelity simulation is transformed to reflect data that would be encountered in-situ, improving the applicability of the work. It was found that the proposed GRU-A model has superior signal prediction capabilities, achieving approximately 30 times lower error than the MLP-NAR model when predicting over a 5 s period, suitable of a vertical landing time horizon. In addition, the proposed GRU-A model was more resilient to input noise and, when trained with noise it outperformed the MLP-NAR. It was also found that the memory required to compute predictions with both models is approximately equal and that the computation time of the GRU-A model is similar to the MLP-NAR model with both models being capable of making predictions within 100 ms so long as they are not chosen to be too large. Overall, the proposed GRU-A model is demonstrated as a superior alternative to the more typical MLP-NAR model when predicting full signals in all cases for use with a small UAV.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,882
Score d'incertitude au seuil0,329

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,002
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,007
Tête enseignante GPT0,246
Écart entre enseignants0,239 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations2
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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