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天体物理学 > 天体物理学的仪器与方法

arXiv:2507.13523 (astro-ph)
[提交于 2025年7月17日 ]

标题: 分布式声学传感用于环境监测以及牛顿噪声抑制:与地震仪相当的灵敏度

标题: Distributed Acoustic Sensing for Environmental Monitoring, and Newtonian Noise Mitigation:Comparable Sensitivity to Seismometers

Authors:Reinhardt Rading, Fracensca Badaracco, Spiridon Beis, Katharina Sophie Isleif, Paul Ophardt, Wanda Vossius, the WAVE Collaboration
摘要: 牛顿噪声限制了地基引力波探测器的低频灵敏度。 虽然地震仪和地震计通常用于监测地面运动以消除牛顿噪声,但它们有限的空间覆盖范围和高昂的部署成本阻碍了扩展性。 在本研究中,我们证明分布式声学传感提供了一种可行且可扩展的替代方案,其性能可与传统地震仪器相媲美。 利用自然和可控事件期间的声学传感数据和同址地震仪数据,我们在3至20赫兹的牛顿噪声相关频率范围内观察到两种传感器类型之间具有很强的相关性,超过0.8。 此外,当使用分布式声学传感数据预测地震计信号时,相关性仍然很高,高于0.7,表明分布式声学传感准确捕捉了地面运动的空间和频谱特征。 作为案例研究,我们将分布式声学传感数据应用于消除地震计垂直分量记录的噪声,并将结果与使用地震计数据进行相同任务的结果进行比较。 分布式声学传感和基于地震计的消噪在20赫兹处均产生残余噪声因子0.11。 这些发现证实了使用分布式声学传感进行牛顿噪声缓解的可行性,并突显了其与传统地震传感器结合的潜力,以提高当前和下一代引力波观测站的环境监测和噪声抑制能力。
摘要: Newtonian noise limits the low-frequency sensitivity of ground-based gravitational wave detectors. While seismometers and geophones are commonly employed to monitor ground motion for Newtonian noise cancellation, their limited spatial coverage and high deployment costs hinder scalability. In this study, we demonstrate that distributed acoustic sensing offers a viable and scalable alternative, providing performance comparable to that of conventional seismic instruments. Using data from acoustic sensing and colocated seismometers during both natural and controlled events, we observe a strong correlation, exceeding 0.8, between the two sensor types in the 3 to 20 Hz frequency band relevant for Newtonian noise. Moreover, when distributed acoustic sensing data are used to predict geophone signals, the correlation remains high, above 0.7, indicating that distributed acoustic sensing accurately captures both the spatial and spectral features of ground motion. As a case study, we apply distributed acoustic sensing data to cancel noise recorded by the vertical component of a seismometer and compare the results with those obtained using geophone data for the same task. Both distributed acoustic sensing and geophone-based cancellations yield a residual noise factor of 0.11 at 20 Hz. These findings confirm the feasibility of using distributed acoustic sensing for Newtonian noise mitigation and highlight its potential, in combination with traditional seismic sensors, to improve environmental monitoring and noise suppression in current and next-generation gravitational wave observatories.
主题: 天体物理学的仪器与方法 (astro-ph.IM) ; 信号处理 (eess.SP); 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc)
引用方式: arXiv:2507.13523 [astro-ph.IM]
  (或者 arXiv:2507.13523v1 [astro-ph.IM] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13523
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Reinhardt Rading [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 17 日 20:22:04 UTC (24,719 KB)
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