• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

ディープラーニングと適応型モード分解の融合による高精度なリングダウン重力波抽出法

研究課題

研究課題/領域番号 21K13926
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
研究機関長岡工業高等専門学校

研究代表者

酒井 一樹  長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (40824298)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
キーワード重力波 / ディープラーニング / 適応型モード分解 / ニューラルネットワーク
研究開始時の研究の概要

本研究は重力波観測による重力理論検証の可能性を広げるために,リングダウン重力波を高精度に抽出する新しいデータ解析手法を構築するというものである。
線形時不変であり通過帯域がフラットなバターワースフィルタに着目し,そのフィルタパラメータをディープラーニングで最適化してモード分解を行うという,新しいアプローチでありながら結果の信頼性が保証される方法で,高精度なリングダウン重力波抽出手法の構築を目指す。

研究実績の概要

ディープラーニングと適応型モード分解の融合による高精度なリングダウン重力波抽出法の構築に向け、ディープラーニングによってバターワースバンドパスフィルターを設計するプログラムの改良において大きな成果をあげることができた。
フィルター設計に用いていたディープラーニングのモデルを畳み込みニューラルネットワーク(CNN)をベースにしたものから、CNNと再帰型ニューラルネットワークの一種であるLong-short term memory (LSTM)を組み合わせたCNN-LSTMというモデルをベースにしたものに変更した。これにより、幅広いSNRに適用可能なモデルとなった。また、LIGOの公開しているO2期間の実ノイズを使い、実ノイズに対しても有効であることを確認した。
そして、適応型モード分解手法であるHilbert-Huang変換との融合についても取り組んだ。前述のフィルター設計モデルを用いて、リングダウン重力波周辺の帯域を自動で抽出し、その後、Hilbert-Huang変換と融合させることで、リングダウン周波数の推定を可能にした。この結果、手動でフィルター設計した場合の結果と同等の精度での推定が可能であることを明らかにした。
最後に、Hilbert-Huang変換自体の高度化として、Time-Frequency-Amplitudeマップ(T-F-Aマップ)の表示において、カーネル密度推定を用いて複数モードの重なりを連続的に表現できるような方法を構築した。これにより、Hilbert-Huang変換によるT-F-Aマップをディープラーニングの入力に用いた場合の有効性を増すことができ、手法の発展する方向性を増やすことができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初計画では、2023年度はシミュレーションデータを用いて手法の検討を行う段階であり、それは達成できた。2024年度に改良を進め、実観測データを用いた評価を行うことを目指す。

今後の研究の推進方策

引き続き、ディープラーニングとHilbert-Huang変換を組み合わせたリングダウン重力波の抽出について、手法の高度化や、実観測データでの評価に取り組んでいく。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Precise analysis of gravitational waves from binary neutron star coalescence using Hilbert?Huang transform based on Akima spline interpolation2023

    • 著者名/発表者名
      Yoda Itsuki、Oohara Ken-ichi、Takahashi Hirotaka、Sakai Kazuki
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 号: 8

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad101

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] カーネル密度推定を応用したHilbert-Huang変換による重力波観測データの時間-周波数表現方法の高度化2024

    • 著者名/発表者名
      近 歩久登, 高橋 弘毅, 酒井 一樹
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会 総合大会 ISS特別企画「ジュニア&学生ポスターセッション」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 畳み込みニューラルネットワークによる重力波の到来方向推定における最適な学習方法の検討2024

    • 著者名/発表者名
      海藤 十和, 高橋 弘毅, 酒井 一樹
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会 総合大会 ISS特別企画「ジュニア&学生ポスターセッション」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] CNN-LSTMを用いた重力波波形抽出のためのフィルタ生成2024

    • 著者名/発表者名
      高野 光生, 髙橋 弘毅, 酒井 一樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Some improvements of Hilbert-Huang transform for time-frequency analysis of gravitational waves2023

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Oohara, Hirotaka Takahashi, Kazuki Sakai, Yuta Hiranuma, Masato Kaneyama, Mei Takeda, Itsuki Yoda
    • 学会等名
      XVIII International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CNN-LSTMを用いた重力波解析による連星ブラックホール合体の質量パラメータの推定2023

    • 著者名/発表者名
      高野光生, 髙橋弘毅, 酒井一樹
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Hilbert-Huang変換における補間法の比較検討および連星中性子星合体重力波の解析による評価2023

    • 著者名/発表者名
      酒井一樹, 陽田樹, 梁取大貴, 大原謙一, 髙橋弘毅
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 重力波データ解析への応用に向けた Hilbert-Huang 変換における補間法の比較検討2023

    • 著者名/発表者名
      梁取大貴,酒井一樹
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会 総合大会 ISS特別企画「ジュニア&学生ポスターセッション」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 大湊悠貴,酒井一樹2023

    • 著者名/発表者名
      リングダウン重力波の開始時刻推定のためのニューラルネットワークの最適な構成の検討
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会 総合大会 ISS特別企画「ジュニア&学生ポスターセッション」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 高野光生,酒井一樹2023

    • 著者名/発表者名
      重力波波形抽出のためのフィルタを生成するニューラルネットワークの検討
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会 総合大会 ISS特別企画「ジュニア&学生ポスターセッション」
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ニューラルネットワークによる重力波波形抽出のためのフィルタ生成の検討2022

    • 著者名/発表者名
      酒井一樹,オドンチメドソドタウィラン,高野光生,髙橋弘毅
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ニューラルネットワークによるリングダウン重力波抽出のためのバンドパスフィルタの構築2022

    • 著者名/発表者名
      高野光生,酒井一樹
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会 総合大会 ISS特別企画「ジュニア&学生ポスターセッション」
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 重力波データ解析における Akima Spline を用いて拡張した Hilbert-Huang 変換の性能評価2022

    • 著者名/発表者名
      陽田樹,酒井一樹
    • 学会等名
      2022年電子情報通信学会 総合大会 ISS特別企画「ジュニア&学生ポスターセッション」
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi