2023 Fiscal Year Annual Research Report
Classification of Glitch Noise and Burst Gravitational Wave Search with Artificial Intelligence and Adaptive Time-Frequency Analysis
Publicly Offered Research
| Project Area | Foundation of "Machine Learning Physics" --- Revolutionary Transformation of Fundamental Physics by A New Field Integrating Machine Learning and Physics |
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| Project/Area Number |
23H04520
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
高橋 弘毅 東京都市大学, デザイン・データ科学部, 教授 (40419693)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 人工知能 / 適用型時間-周波数解析 / 突発性雑音 / 重力波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) AIと適用型時間-周波数解析を用いた突発性雑音分類手法の開発：教師なし学習を用いた突発性雑音分類については，畳み込み深層ニューラルネットワークを用いた手法の評価を進めた. この手法では，大きく2つのプロセス(特徴量学習と分類・除去)から構成する.特徴量学習のプロセスでは，変分オートエンコーダを用いて ，適用型時間-周波数解析を用いた突発性雑音のT-Fマップから，その特徴量を抽出する. 分類・除去のプロセスでは，特徴量学習のプロセスで学習した変分オートエンコーダのエンコーダと新たにスペクトラルクラスタリングを利用して， 突発性雑音を分類・除去をする，実際に今までの観測データ(突発性雑音データ)を用いて手法の信頼性の評価を進めた．また，AIが突発性雑音のどこに注目して分類をしているかの可視化手法の検討も進めた．
(2) AIと適用型時間-周波数解析を用いた重力波探査手法の開発：AIを用いた探査プログラムの開発を進めた．深層学習（1次元畳み込みニューラルネットワークや2次元畳み 込みニューラルネットワーク）を用いた手法に，それぞれ適用型時間-周波数解析結果の瞬時振幅や瞬時周波数，T-F マップを入力として導入を進め評価を進めた．また，重力波探査の際に，AIがどこを見て重力波信号と判断しているかの可視化手法に関しての研究も進め，第三次国際共同観測の際のノイズデータと超新星爆発のシミュレーション波形を用いた評価を行い，その有効性の評価も行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定通り大幅な遅れもなく，各種手法の提案や実装・評価を行うことができている．また，研究目的に必要な要素技術はそろいつつある．
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| Strategy for Future Research Activity |
AI+適用型時間-周波数解析を用いた探査については，まず，2023年度でそろいつつある(1)-(2)の要素技術の連携・統合を進めていく．簡単なモデル波形や数値シミュレーション波形を実際の観測装置のノイズに注入することで，プログラムや解析手法の有効性を確認していく．また，プログラム群のライブラリー化については，2024年後半頃，LVK の IGWN ソフトウェア開発チームの協力の下で，IGWN Conda Distribution に含まれるソフトウェアとすることを目指す.
さらに，2024年後半頃には、研究成果をまとめていく.
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[Presentation] Deep Learning for Gravitational Wave Detection and Its Analysis Using Grad-CAM”, XV International Conference on Gravitation2023
Author(s)
Seiya Sasaoka, Yilun Hou, Diego Dominguez, Suyog Garg, Naoki Koyama, Yusuke Sakai, Yuto Omae, Kentaro Somiya, Hirotaka Takahashi
Organizer
Astrophysics and Cosmology (ICGAC15), Gyeongju, Korea,
Int'l Joint Research
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