Data analysis algorithms for gravitational-wave experiments

Summary

The analysis of the sensitivity of a gravitational-wave antenna system shows that the role of the algorithms used for the analysis of the experimental data is comparable to that of the experimental apparatus. After a discussion of the processing performed on the input signals by the antenna and the electronic instrumentation, we derive a mathematical model of the system. This model is then used as a basis for the discussion of a number of data analysis algorithms that include also the Wiener-Kolmogoroff optimum filter; the performances of the algorithms are presented in terms of signal-to-noise ratio and sensitivity to short bursts of resonant gravitational waves. The theoretical results are in good agreement with the experimental results obtained with a small cryogenic antenna (24 kg).

Riassunto

L'analisi della sensibilità di un'antenna gravitazionale mostra che il ruolo degli algoritmi usati per l'analisi dei dati sperimentali è confrontabile con quello dell'apparato sperimentale. Dopo una discussione dell'elaborazione compiuta sui segnali d'ingresso dall'antenna e dalla strumentazione electtronica si ricava un modello matematico del sistema. Questo modello è quindi usato come base per la discussione di alcuni algoritmi di analisi dei dati, che comprendono anche il filtro ottimo di Wiener-Kolmogoroff; le prestazioni degli algoritmi sono presentate in termini di rapporto segnale-rumore e di sensibilità a brevi pacchetti di onde gravitazionali risonanti. I risultati teorici sono in buon accordo con i risultati sperimentali ottenuti con una piccola antenna criogenica (24 kg).

Резюме

Анализ чувствительности системы антенн гравитационных воли показывает, что роль алгоритмов, использованных для анализа экспериментальных данных, соизмерима с ролью экспериментальной аппаратуры. После сбсуждения процесса обработки входных сигналов, мы предлагаем математическую модель системы. Эта модель используется для обсуждения различных алгоритмсв анализа данных, которые включают оптимальный фильтр Винера-Колмогорова. Характеристики алгоритмов выражаются через отнощение сигнала к шуму и чувствительность к коротким импульсам резонансных гравитационных волн. Теоретические результаты согласуются с экспериментальными результатами, полугенными с помощью малой криогенной антенны (24 кг).