Das Entwerfen von Instrumenten für Raumfahrzeugmissionen ist eine Übung im Umgang mit Kompromissen. Mit strengen Einschränkungen hinsichtlich Leistung, Masse und Volumen sind weltraumgestützte Instrumente oft auf eine Weise beeinträchtigt, die ein gleichwertiges Laborinstrument nicht hätte. Jedes Instrument unterstützt im Allgemeinen auch eine Reihe von Experimenten oder Beobachtungskampagnen.
Jede potenzielle Anwendung eines Instruments profitiert unterschiedlich von Attributen wie der räumlichen, zeitlichen und spektralen Auflösung oder dem Signal-Rausch-Verhältnis. Zum Beispiel können geologische Beobachtungen eine hohe räumliche und spektrale Auflösung bevorzugen, wohingegen meteorologische Experimente Beobachtungen mit hoher Kadenz und ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erfordern können. Das Ausbalancieren dieser konkurrierenden Anforderungen ist ein kritischer Aspekt des Instrumentendesigns.
In ihrem Journal of Geophysical Research: Biogeowissenschaften Studie, Cawse-Nicholson et al. schlagen eine neue objektive Metrik zur Optimierung der konkurrierenden Bedürfnisse von Instrumentenbenutzern vor, die sie intrinsische Dimensionalität (ID) nennen. Die intrinsische Dimensionalität quantifiziert den Informationsgehalt in einem gegebenen Satz von Beobachtungen, indem sie im Wesentlichen die Anzahl signifikanter Komponenten in einer Hauptkomponentenanalyse der Daten zählt.
Um ihren Ansatz zu testen, wendeten die Autoren ID auf das von der NASA vorgeschlagene Raumfahrzeug für Oberflächenbiologie und -geologie an. Sie identifizierten und verarbeiteten spektroskopische Datensätze aus bestehenden Quellen, die repräsentativ für die prognostizierten Fähigkeiten der Mission sind. Durch Resampling der Eingabedaten auf unterschiedliche Weise simulierten sie verschiedene mögliche Instrumentenkompromisse und berechneten die ID für jeden.
Die Studie stellt fest, dass die intrinsische Dimensionalität mit lauteren Beobachtungen mit niedrigerer Auflösung abnimmt, was mit der Intuition übereinstimmt. Die Wissenschaftler stellen jedoch fest, dass diese Metrik verwendet werden kann, um die Intuition zu quantifizieren, um Kompromisse zu führen. Sie stellen fest, dass die Beispielszene (z. B. Wüste oder Wald) einen gewissen Einfluss auf die Konsistenz der ID für räumliche Betrachtungen hat, aber weniger für spektrale. In Zukunft werden sie das Konzept auf weitere Bereiche des Instrumenten- und Missionsdesigns anwenden, wie Datenraten, Flugwege und Beobachtungspläne.
K. Cawse‐Nicholson et al, Intrinsic Dimensionality as a metric for the impact of mission design parameters, Journal of Geophysical Research: Biogeowissenschaften (2022). DOI: 10.1029/2022JG006876
Bereitgestellt von Eos
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Eos, gehostet von der American Geophysical Union, neu veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte hier.