NASA:S ECOSTRESS satellitbildade växtstress på världsarvet Sundarban i södra Asien. Röda färger indikerar hög växtavdunstning, och gröna färger indikerar låg stress. Framtida hyperspektrala instrument för att upptäcka växtspänningar skulle kunna optimeras genom en inre dimensionalitetsanalys. Kredit:NASA/JPL-Caltech, Public Domain
Att designa instrument för rymdfarkostuppdrag är en övning i att hantera avvägningar. Med stränga begränsningar av effekt, massa och volym, äventyras rymdbaserade instrument ofta på ett sätt som ett likvärdigt laboratorieinstrument inte skulle vara. Varje instrument stöder också i allmänhet ett antal experiment eller observationskampanjer.
Varje potentiell användning av ett instrument drar nytta av attribut som rumslig, tidsmässig och spektral upplösning eller signal-brusförhållandet. Till exempel kan geologiska observationer föredra hög rumslig och spektral upplösning, medan meteorologiska experiment kan kräva högkadensobservationer och ett bra signal-brusförhållande. Att balansera dessa konkurrerande behov är en kritisk aspekt av instrumentdesign.
I deras Journal of Geophysical Research:Biogeosciences studie, Cawse-Nicholson et al. föreslå ett nytt objektivt mått för att optimera de konkurrerande behoven hos instrumentanvändare, som de kallar intrinsic dimensionality (ID). Inre dimensionalitet kvantifierar informationsinnehållet i en given uppsättning observationer genom att i huvudsak räkna antalet signifikanta komponenter i en huvudkomponentanalys av data.
För att testa sitt tillvägagångssätt använde författarna ID på NASA:s föreslagna rymdfarkoster Surface Biology and Geology. De identifierade och bearbetade spektroskopiska datamängder från befintliga källor representativa för uppdragets beräknade kapacitet. Genom att sampla om indata på olika sätt, simulerade de olika möjliga instrumentavvägningar och beräknade ID för var och en.
Studien finner att den inneboende dimensionaliteten minskar med bullrigare observationer med lägre upplösning, vilket är förenligt med intuition. Men forskarna noterar att detta mått kan användas för att kvantifiera intuition för att vägleda avvägningar. De finner att provscenen (t.ex. öken kontra skog) har en viss effekt på konsistensen av ID för rumsliga överväganden men mindre för spektrala. I framtiden kommer de att tillämpa konceptet på fler områden av instrument- och uppdragsdesign, såsom datahastigheter, flygvägar och observation av tidtabeller. + Utforska vidare
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Eos, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.
