Optimiser les besoins d’instruments concurrents avec une métrique objective

Concevoir des instruments pour des missions spatiales est un exercice de gestion des compromis. Avec des restrictions sévères sur la puissance, la masse et le volume, les instruments spatiaux sont souvent compromis d’une manière qu’un instrument de laboratoire équivalent ne le serait pas. Chaque instrument supporte aussi généralement un certain nombre d’expériences ou de campagnes d’observation.

Chaque utilisation potentielle d’un instrument bénéficie différemment d’attributs tels que la résolution spatiale, temporelle et spectrale, ou le rapport signal sur bruit. Par exemple, les observations géologiques peuvent préférer une résolution spatiale et spectrale élevée, tandis que les expériences météorologiques peuvent nécessiter des observations à cadence élevée et un bon rapport signal/bruit. L’équilibre entre ces besoins concurrents est un aspect essentiel de la conception des instruments.

Dans leurs Journal of Geophysical Research: Biogéosciences étude, Cawse-Nicholson et al. proposent une nouvelle métrique objective pour optimiser les besoins concurrents des utilisateurs d’instruments, qu’ils appellent la dimensionnalité intrinsèque (ID). La dimensionnalité intrinsèque quantifie le contenu de l’information dans un ensemble donné d’observations en comptant essentiellement le nombre de composantes significatives dans une analyse en composantes principales des données.

Pour tester leur approche, les auteurs ont appliqué l’ID au vaisseau spatial proposé par la NASA pour la biologie et la géologie de surface. Ils ont identifié et traité des ensembles de données spectroscopiques provenant de sources existantes représentatives des capacités projetées de la mission. En rééchantillonnant les données d’entrée de différentes manières, ils ont simulé divers compromis d’instruments possibles, en calculant l’ID pour chacun.

L’étude révèle que la dimensionnalité intrinsèque diminue avec des observations plus bruyantes et à plus faible résolution, ce qui est cohérent avec l’intuition. Cependant, les scientifiques notent que cette métrique peut être utilisée pour quantifier l’intuition afin de guider les compromis. Ils constatent que la scène de l’échantillon (par exemple, désert ou forêt) a un certain effet sur la cohérence de l’ID pour les considérations spatiales, mais moins pour les considérations spectrales. À l’avenir, ils appliqueront le concept à d’autres domaines de la conception d’instruments et de missions, tels que les débits de données, les trajectoires de vol et les horaires d’observation.

Fourni par Eos

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation d’Eos, hébergée par l’American Geophysical Union. Lire l’histoire originale ici.