Modelling noise in gravitational-wave observatories with transdimensional models
引入跨维贝叶斯方法结合Bilby软件建模引力波天文台噪声，显著改善LIGO和Virgo噪声拟合，并应用于第三引力波瞬变星表事件推断，发现参数可信区间边界有高达7%的偏移。
2025-03-07 astro-ph.IM gr-qc
Atmospheric Newtonian Noise May Constrain Third-Generation Gravitational-Wave Detectors
本文通过通用标度公式重新评估大气牛顿噪声，指出其对先进LIGO影响有限，但将主导第三代低频引力波探测器，且低频截止频率主要取决于探测器埋深。
2025-05-08 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Subtraction of correlated noise in global networks of gravitational-wave interferometers
最近发现的合并黑洞表明，随机引力波背景是在先进的探测器网络的设计灵敏度操作范围内。然而，舒曼共振的相关磁噪声有可能污染随机背景的观测。在本文中，我们报告的第一次努力，以消除洲际相关噪声舒曼共振使用维纳滤波。使用磁力计作为引力波探测器的代理，我们证明了多达两个因素减少在不同大陆的磁力计之间的相干性。虽然还有很多工作要做，但我们的结果构成了原理证明，并激励了使用专用磁力计阵列的后续研究。
2016-06-03 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Method for environmental noise estimation via injection tests for ground-based gravitational wave detectors
环境噪声是引力波观测的关键问题之一，但很难提前预测。因此，为了评估环境噪声对探测器灵敏度的不利影响，了解探测器在实际设置中对环境噪声的响应对于观测和未来的升级至关重要。本文介绍了一种新的环境噪声注入试验方法，并以KAGRA的后期调试为例进行了验证。这种新的方法（响应函数模型）包括频率转换和功率的非线性，这是在LIGO和Virgo中使用的当前模型（耦合函数模型）中没有考虑的影响。我们还通过将其应用于环境噪声丰富的数据集并成功再现它们来证实我们方法的有效性。
2021-05-07 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Correlated magnetic noise in global networks of gravitational-wave interferometers: observations and implications
引力波天文学最雄心勃勃的目标之一是观测随机的引力波背景。两个或更多个检测器中的相关噪声可以引入系统误差，这限制了随机搜索的灵敏度。我们报告的测量相关的磁噪声舒曼共振在广泛分离的LIGO和处女座探测器。我们调查的影响，这种噪音的全球网络的干涉仪，并推导出一个约束的允许耦合的环境磁场测试质量运动的引力波探测器。我们发现，虽然来自全球电磁场的相关噪声可以安全地忽略初始LIGO随机搜索，但它可能会严重影响Advanced LIGO和第三代探测器。
2013-03-11 astro-ph.IM gr-qc
Coherent injection of magnetic noise and its impact on gravitational-wave searches
本研究首次在两台相距数千公里的LIGO探测器间注入宽带相干磁噪声，验证了过去十年噪声预测技术的准确性，证明Wiener滤波可有效减除磁噪声，为引力波背景探测提供数据与方法支撑。
2025-05-17 astro-ph.IM gr-qc
Adaptive Modeling of Correlated Noise in Space-Based Gravitational Wave Detectors
针对天基引力波探测器噪声相关特性被忽略易致参数估计偏差的问题，提出结合样条插值与三角基函数、跨维度贝叶斯推断的全噪声协方差矩阵重构框架，开发的NOISAR软件包以约10%相对误差恢复功率谱特征。
2025-06-17 astro-ph.IM gr-qc
iDQ: Statistical Inference of Non-Gaussian Noise with Auxiliary Degrees of Freedom in Gravitational-Wave Detectors
引力波探测器是非常灵敏的仪器，通常能够对新的天文现象进行突破性的观测。然而，他们也见证了非平稳，非高斯噪声，可能被误认为是天体物理源，降低检测置信度，或简单地从噪声数据中提取信号参数复杂化。为了解决这个问题，我们提出了iDQ，一个监督学习框架，仅基于对引力波不敏感的辅助自由度，自主检测引力波探测器中的噪声伪影。iDQ在两台LIGO干涉仪中的每一台上都以低延迟的方式在整个先进探测器时代运行，实时提供有关每次探测的宝贵数据质量信息。我们记录的算法，描述的统计框架和引力波搜索内可能的应用。特别是，我们构建了一个似然比测试，同时考虑到非高斯噪声伪影的存在，并利用观测到的引力波应变信号和数千个辅助自由度的信息。我们还提出了几个例子，iDQ的性能与现代干涉仪，显示iDQ的能力，自主再现已知的数据质量监视器和识别噪声文物没有标记的其他分析。
2020-05-26 astro-ph.IM gr-qc
Unification of thermal and quantum noise in gravitational-wave detectors
针对引力波探测器的噪声限制问题，研究用量子涨落耗散定理统一了热噪声、量子噪声等四类基本噪声，明确了后两类噪声可忽略的条件，深化了对探测器噪声机制的认知。
2023-01-01 astro-ph.IM gr-qc quant-ph
Analytic series expansion of the overlap reduction function for gravitational wave search with pulsar timing arrays
在我们以前的论文\cite{PTA1}中，我们推导了脉冲红移的一般表达式，脉冲红移是脉冲星定时阵列（PTA）实验的主要观测值，用于探测广义相对论（GR）修正引起的所有可能的偏振的引力波。在这项工作中，我们提供了一个通用的表达式的重叠减少功能PTA不使用张量偏振的短波长近似。我们确信，短波长近似不适用于PTA的重叠减少函数，因为去除被积函数中的指数项将导致$x, y$和$l$偏振的极点以及$+$和$\times$的不连续性。在这项工作中，我们提供了一个系列的扩展来精确计算积分，并通过数值计算的分析系列的短波长值调查的行为。我们发现，对于同位双曲子的极限，Hellings \& Downs曲线存在分歧.
2021-03-10 astro-ph.IM gr-qc
BayesLine: Bayesian Inference for Spectral Estimation of Gravitational Wave Detector Noise
来自地面探测器的引力波数据受仪器噪声的影响。信号将相对较弱，我们对噪声的理解将影响检测置信度和信号表征。错误建模的噪声会在模型选择和参数估计中产生较大的系统偏差。在这里，我们介绍了一个多分量，变维，参数化模型来描述高斯噪声功率谱的地基引力波干涉仪的数据。该算法被称为贝叶斯线（BayesLine），它使用三次样条（cubic splines）对平滑变化的宽带噪声和洛伦兹（Lorentzians）对频谱中的窄带线特征进行建模。我们描述了该算法，并展示了其性能的数据从第五次和第六次LIGO科学运行。一旦完全集成到LIGO/Virgo数据分析软件中，BayesLine将产生准确的光谱估计，并提供一种方法来边缘化从所有合理的噪声光谱数据中得出的推论。
2014-10-14 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Detecting the anisotropic astrophysical gravitational wave background in the presence of shot noise through cross-correlations
引力波源的空间和时间离散性导致散粒噪声，在某些情况下，散粒噪声可能淹没测量引力波背景的各向异性的任何尝试。将引力波背景图与足够密集的星系巡天图进行交叉关联可以缓解这一问题，并可能恢复引力波背景的一些潜在性质。我们量化的散粒噪声水平，我们明确地表明，互相关的引力波背景和星系目录提高了第一次检测的背景各向异性的机会与引力波天文台在频率范围内（10 Hz，100 Hz），给予足够的灵敏度。
2020-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Quantum noise reduction techniques in KAGRA
KAGRA是第一个带有低温试验质量的大型引力波探测器。由于低温下热噪声的显著降低，其目标灵敏度主要受观测频段量子噪声的限制。因此，减少量子噪声是必不可少的，KAGRA旨在实现两种量子噪声减少技术。KAGRA已经开始考虑升级计划，其中将纳入更多新的量子降噪技术。在这篇文章中，我们报告了目前实施的量子降噪技术KAGRA和那些将在不久的将来实施。
2019-09-26 astro-ph.IM physics.optics
Sensing and vetoing loud transient noises for the gravitational-wave detection
自2015年9月14日首次探测到引力波（GW）GW150914以来，多信使天文学增加了一种新的方式来观察宇宙以及电磁波（EM）和中微子。经过两年的观测，GW和来自双星中子星的EM对应物GW 170817和GRB 170817 A被观测到。GWs的发现为天文学和天体物理学的研究打开了一扇新的窗口，将成为了解宇宙的重要信使。本文简要回顾了引力波及其天体物理来源，介绍了激光干涉仪作为引力波探测器的基本原理及其噪声来源，以了解激光干涉仪是如何探测引力波的。最后，我们总结了目前在引力波观测站使用的搜索算法和用于抑制噪声和监测数据质量的探测器表征算法，以提高天体物理搜索的范围。
2018-10-11 astro-ph.IM gr-qc
Minimum Noise Optical Coatings for Interferometric Detectors of Gravitational Waves
针对地面引力波探测器在几十到几百赫兹频段受涂层布朗噪声限制的问题，研究指出层厚优化是低技术难度且能有效降噪的方案，实验验证了相关理论与设计的可靠性，有助于提升探测器探测距离并趋近量子极限。
2014-06-12 astro-ph.IM gr-qc physics.optics
Noise Line Identification in LIGO S6 and Virgo VSR2
LIGO（激光干涉引力波天文台）和Virgo的一个重要目标是找到周期性的引力波源。LIGO和Virgo探测器对各种非天体物理学来源的噪声敏感，例如仪器文物和环境干扰。这些伪影使得人们很难知道信号何时是由引力波或噪声引起的。提出了一种连续波搜索算法Fscan，并计算了引力波通道与辅助通道之间的相干性，以识别噪声线的来源。这些程序分析来自引力波通道和环境传感器的数据，搜索在引力波通道和环境监测器中同时出现的重要谱线（使用各种阈值和频率窗口）。通过这种方法，可以确定由噪声引起的引力波通道中特定频率的强信号的来源。从LIGO的第六次科学运行，S6，和处女座的第二次科学运行，VSR 2的例子，提出。
2011-09-02 astro-ph.IM gr-qc
Identification of noise artifacts in searches for long-duration gravitational-wave transients
我们提出了一种算法，用于识别瞬态噪声伪影（毛刺）的互相关搜索长O（10秒）引力波瞬态。该算法利用每个检测器中的自动功率作为表现良好的高斯噪声（可能包括引力波信号）和毛刺之间的干扰。我们用蒙特卡罗噪声和LIGO S5科学运行的时移数据测试了该算法，发现它能有效地去除很大一部分毛刺，同时保留绝大多数（99.6%）数据。使用一个吸积盘不稳定性信号模型，我们估计，该算法被意外触发的比率小于10 ^-5%的现实信号，甚至小于3%的异常响亮的信号。我们的结论是，该算法是一个安全和有效的方法清洗互相关数据用于搜索长引力波瞬变。
2012-03-23 astro-ph.IM gr-qc
Instrumental vetoes for transient gravitational-wave triggers using noise-coupling models: The bilinear-coupling veto
LIGO和Virgo最近完成了对引力波在其初始目标灵敏度上的搜索，很快Advanced LIGO和Advanced Virgo将开始具有更好能力的观测。在搜索短持续时间信号时，例如合并紧凑二元吸气或“突发”事件，噪声瞬变可能是有问题的。干涉引力波探测器是高度复杂的仪器，根据过去的经验，数据往往包含大量的噪声瞬变，不易与可能的引力波信号区分开来。为了对短持续时间的引力波信号执行灵敏的搜索，重要的是识别这些噪声伪影，并且“否决”它们。在这里，我们描述了这样一个否决权，双线性耦合否决权，它利用的干涉引力波探测器的输出应变通道的仪器噪声的耦合的经验模型。在该方法中，我们检查在表观信号时来自输出应变通道的数据是否与来自辅助通道的双线性组合的数据一致。我们讨论了最近的LIGO数据的否决权的应用程序的结果，其可能的效用时，使用先进的LIGO和先进的处女座的数据。
2014-05-27 astro-ph.IM gr-qc
Noise spectral estimation methods and their impact on gravitational wave measurement of compact binary mergers
估计地面探测器探测到的引力波信号的参数需要了解探测器噪声的特性。特别地，用于引力波数据分析的最常用的似然函数假设噪声是高斯的、平稳的并且具有已知的频率依赖方差。在计算似然函数之前，将有色高斯噪声的方差用作对数据的白化滤波器。在实践中，噪声方差是未知的，并且它在几十秒到几分钟的时间尺度上演变。我们研究了两种方法来估计这个白化滤波器的地基引力波探测器的目标进行参数估计研究。第一种方法使用从我们希望分析的特定段分离的大量数据，并通过均值-中值Welch方法计算噪声的功率谱密度。第二种方法使用与参数估计分析相同的数据段，其潜在地包括引力波信号，并且通过在样条和洛伦兹的总和方面拟合数据的功率谱来获得白化滤波器。比较了这两种方法，认为后者对引力波参数估计更为可靠。
2019-11-05 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Gravitational-wave astronomy with an uncertain noise power spectral density
为了提取关于致密双星的性质的信息，我们必须估计引力波数据的噪声功率谱密度，这取决于引力波探测器的性质。在实践中，不可能完全知道这一点，只能从数据中估计。通常使用多种估计方法，每种方法都有相应的统计不确定性。然而，这种不确定性被广泛忽略时，测量描述紧凑的二元聚结的物理参数，并适当的可能性，占不确定性是不为人所知的。为了进行越来越精确的天体物理推断和模型选择，必须考虑这种不确定性。在这项工作中，我们推导出正确的可能性最广泛使用的估计方法之一，在引力波瞬态分析，中位数平均。我们证明，模拟高斯噪声遵循预测的分布。然后，我们检查真实的引力波数据和周围的时间GW 151012，一个相对较低的重要性的双黑洞合并事件。我们表明，数据是很好地描述平稳高斯噪声和探索不同的噪声功率谱密度估计方法的影响，我们得出的天体物理推断GW151012。
2020-06-16 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
BayesWave: Bayesian Inference for Gravitational Wave Bursts and Instrument Glitches
引力波天文学的一个核心挑战是在非平稳和非高斯噪声存在下识别弱信号。从噪声中分离出引力波信号需要两者都有好的模型。当精确的信号模型可用时，例如对于双中子星系统，即使在对噪声了解不多的情况下，也有可能做出可靠的检测声明。相比之下，对“未建模”瞬态信号的搜索受到用于表征噪声的方法的强烈影响。在这里，我们采取贝叶斯方法，并引入一个多分量，变维，参数化的噪声模型，明确占非平稳性和非高斯干涉引力波探测器的数据。仪器瞬态（毛刺）和爆发源的引力波使用Morlet-Gabor连续小波框架建模。小波的数目和位置由跨维可逆跳马尔可夫链蒙特卡罗算法确定。高斯分量的噪声和噪声谱中的尖锐线特征建模使用贝叶斯线算法，它与小波模型一致操作。
2015-05-07 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Correlated noise in networks of gravitational-wave detectors: subtraction and mitigation
先进的引力波探测器的关键科学目标之一是观察随机的引力波背景。然而，最近的工作表明，舒曼共振的相关磁场可以在全球范围内产生相关的应变噪声，潜在地限制了先进探测器的随机背景搜索的灵敏度。在本文中，我们估计了全球先进LIGO网络的相关噪声预算，并得出结论，相关噪声可能会影响即将到来的测量。我们调查的维纳滤波方案的可能性，从先进的LIGO搜索减去相关噪声，并估计所需的规格。我们还考虑了剩余的相关噪声仍然减法的可能性，我们设计了一个最佳的策略，用于测量天文参数的相关噪声的存在。使用这种新的形式主义，我们估计损失的灵敏度为宽带，各向同性随机背景搜索使用1年的LIGO数据在设计灵敏度。鉴于我们目前的噪声预算，LIGO估计能量密度的不确定性可能会增加约4倍-如果不可能实现显著的减法。另外，窄带互相关搜索在没有有效减法的情况下可能在低频f < 45 Hz处受到严重影响。
2014-06-23 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc
Generating transient noise artifacts in gravitational-wave detector data with generative adversarial networks
引力波探测器数据中的瞬态噪声毛刺限制了搜索的灵敏度并污染了探测到的信号。在本文中，我们展示了如何使用生成对抗网络来模拟毛刺。我们为LIGO、KAGRA和Virgo探测器中最常见的22种故障生成了数百张合成图像。人工毛刺可以用来提高搜索和参数估计算法的性能。我们执行神经网络分类，以表明我们的人工故障与真实故障非常匹配，所有22种故障类型的平均分类准确率为99.0%。
2023-01-03 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Classification methods for noise transients in advanced gravitational-wave detectors
非天体物理学来源的噪声将污染高级激光干涉仪引力波天文台和高级室女座引力波探测器采集的科学数据。仪器和环境噪声瞬变的及时表征对于提高先进探测器在即将到来的科学运行中的灵敏度至关重要。在最初的引力波探测器的科学运行期间，通过目视检查每个事件的时频扫描来手动分类噪声瞬变。在这里，我们提出了三个新的算法设计的自动分类的噪声瞬态先进的检测器。其中两个算法是基于主成分分析。它们是瞬态主成分分析（PCAT）和LALInference Burst（LIB）的适应。第三种算法是一种称为小波检测滤波器（WDF）的事件发生器和机器学习分类技术的组合。我们测试这些算法的模拟数据集，我们展示了他们的能力，自动分类的频率，信噪比和波形形态的瞬态。
2015-08-13 astro-ph.IM
The Impact of Solar-Terrestrial Plasma and Magnetic Field on the Detection of Space-borne Gravitational Wave Detections
本文综述了日地空间等离子体和磁场对空间引力波探测精度的影响机制，重点分析了激光传播噪声与磁加速度噪声，并提出时间延迟干涉测量法以抑制激光传播噪声。
2025-09-21 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Thermal noise of beam splitters in laser gravitational wave detectors
本文计算了干涉引力波探测器中由于分束器热涨落引起的热噪声。这项工作利用了最近发展起来的方法，从第一性原理的基础上的波动耗散定理的反射镜的热噪声的分析。对GEO 600和先进激光干涉仪引力波天文台（aLIGO）两个不同的引力波观测站进行了BS热噪声的评估。该分析评估了来自基板和位于BS表面上的光学反射和抗反射叠层的热噪声。我们表明，反射和抗反射表面的波动显着贡献的BS的总热噪声。振荡强度图案将表面的小尺度失真耦合到总体相位读出，并且因此增加了总体热噪声。在aLIGO的情况下，BS贡献与$0.3\%$小到可以忽略。在500 Hz的频率下，BS引起GEO 600灵敏度极限的大约$10\%$。BS噪声使GEO-HF设计方案的可行灵敏度降低约$50\%$。
2018-09-28 astro-ph.IM
Low coherency of wind induced seismic noise: Implications for gravitational wave detection
地震噪声对引力波探测提出了挑战。有效的振动隔离和方法，以减去不可屏蔽的牛顿噪声的例子。地震阵列提供了一种处理这些问题的方法，假设地震相干性。在本文中，我们发现，风引起的地震噪声是不相干的，将大大降低未来的引力波探测器的低频灵敏度。为了量化这一点，我们在三个不同的位置：靠近建筑物，高大的树木和灌木丛中测量了0.06- 20 Hz的风激地震噪声的相干长度。结果表明，风激地震噪声是普遍存在的，它使研究区0.06--0.1 Hz频段的相干长度从几百米减小到2--40 m，1.5--2.5 Hz频段的相干长度从$>$ 60 m减小到3--16 m，16.6 Hz频段的相干长度从$>$ 35 m减小到1--16 m。这导致对于主微震的阵列的速度和角分辨率的显著损失，在2 Hz处通过维纳滤波的牛顿噪声抵消差5倍，而对于10- 20 Hz之间的牛顿噪声抵消不构成额外的挑战。
2022-05-09 astro-ph.IM physics.geo-ph
