Advanced LIGO and Advanced Virgo ground-based interferometers are poised to probe an unprecedentedly large volume of space, enhancing the discovery power of the observations to even new sources of gravitational wave emitters. In this scenario, the development of highly optimized gravitational wave detection algorithms is crucial. We propose a novel layered framework for real-time detection of gravitational waves inspired by speech processing techniques and, in the present implementation, based on a state-of-the-art machine learning approach involving a hybridization of genetic programming and neural networks. The key aspects of the newly proposed framework are: the well structured, layered approach, and the low computational complexity. The paper describes the basic concepts of the framework and the derivation of the first three layers. Even if, in the present implementation, the layers are based on models derived using a machine learning approach, the proposed layered structure has a universal nature. To train and test the models, we used simulated binary black hole gravitational wave waveforms in synthetic Gaussian noise representative of Advanced LIGO sensitivity design. Compared to more complex approaches, such as convolutional neural networks, our framework, even using the simple ground model described in the paper, has similar performance but with a much lower computational complexity and a higher degree of modularity. Furthermore, the underlying exploitation of short-term features makes the results of the new framework virtually independent against time-position of gravitational wave signals, simplifying its future exploitation in real-time multi-layer pipelines for gravitational-wave detection with second generation interferometers.


翻译:LIGO 和 ASG Virgo 地基地基干涉仪即将探测出前所未有的大量空间,从而增强观测发现甚至引力波发射新来源的发现能力。在这个假设中,开发高度优化引力波探测算法至关重要。我们提出一个新型的分层框架,用于实时探测由语音处理技术所启发的引力波,并在目前实施过程中,基于一种最先进的机器学习方法,包括基因波编程和神经网络的混合化。新提议的框架的关键方面是:结构完善、分层方法和低计算复杂性。本文描述了高度优化的引力波探测算法框架的基本概念和前三个层次的衍生。即使在当前实施中,这些层次是以模型为基础的,但拟议的层结构具有普遍性。为了培训和测试模型,我们用模拟的双层黑心心波波在合成高压阵列的阵列中进行了模拟,对高级LIGO的精度的精度进行了结构简化,对高级测精度的精度进行了更深的模拟,并且用更复杂的地基的模拟的计算方法,用更复杂的地基的计算方法,用更复杂的地基的模型和更复杂的计算方法对了我们更精度的造的纸面的研磨的研磨法进行了比较。

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