Optimering af konkurrerende instrumentbehov med en objektiv metric

At designe instrumenter til rumfartøjsmissioner er en øvelse i at håndtere afvejninger. Med strenge begrænsninger på effekt, masse og volumen, er rumbaserede instrumenter ofte kompromitteret på måder, som et tilsvarende laboratorieinstrument ikke ville være. Hvert instrument understøtter også generelt en række eksperimenter eller observationskampagner.

Hver potentiel brug af et instrument drager forskelligt fordel af attributter såsom rumlig, tidsmæssig og spektral opløsning eller signal-til-støj-forholdet. For eksempel kan geologiske observationer foretrække høj rumlig og spektral opløsning, hvorimod meteorologiske eksperimenter kan kræve højkadenceobservationer og et godt signal-til-støj-forhold. Afbalancering af disse konkurrerende behov er et kritisk aspekt af instrumentdesign.

I deres Journal of Geophysical Research:Biogeosciences undersøgelse, Cawse-Nicholson et al. foreslå en ny objektiv metrik til optimering af instrumentbrugeres konkurrerende behov, som de kalder intrinsic dimensionality (ID). Indre dimensionalitet kvantificerer informationsindholdet i et givet sæt observationer ved i det væsentlige at tælle antallet af signifikante komponenter i en hovedkomponentanalyse af dataene.

For at teste deres tilgang anvendte forfatterne ID på NASAs foreslåede Surface Biology and Geology rumfartøj. De identificerede og behandlede spektroskopiske datasæt fra eksisterende kilder, der repræsenterer missionens forventede kapaciteter. Ved at gensample inputdataene på forskellige måder, simulerede de forskellige mulige instrument-afvejninger og beregnede ID'et for hver.

Undersøgelsen finder, at den indre dimensionalitet falder med mere støjende observationer med lavere opløsning, hvilket er i overensstemmelse med intuition. Forskerne bemærker dog, at denne metrik kan bruges til at kvantificere intuition for at vejlede afvejninger. De finder, at prøvescenen (f.eks. ørken versus skov) har en vis effekt på konsistensen af ​​ID for rumlige overvejelser, men mindre for spektrale. I fremtiden vil de anvende konceptet på flere områder af instrument- og missionsdesign, såsom datahastigheder, flyveveje og observation af tidsplaner. + Udforsk yderligere

Spektral-volumetrisk komprimeret ultrahurtig fotografering optager samtidig 5D-data i et enkelt snapshot

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Eos, der er vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.