Het ontwerpen van instrumenten voor ruimtevaartuigmissies is een oefening in het managen van afwegingen. Met strenge beperkingen op vermogen, massa en volume, worden in de ruimte gebaseerde instrumenten vaak aangetast op een manier die een gelijkwaardig laboratoriuminstrument niet zou zijn. Elk instrument ondersteunt over het algemeen ook een aantal experimenten of observatiecampagnes.

Elk potentieel gebruik van een instrument profiteert op een andere manier van kenmerken zoals ruimtelijke, temporele en spectrale resolutie of de signaal-ruisverhouding. Geologische waarnemingen kunnen bijvoorbeeld de voorkeur geven aan een hoge ruimtelijke en spectrale resolutie, terwijl meteorologische experimenten mogelijk waarnemingen met een hoge cadans en een goede signaal-ruisverhouding vereisen. Het in evenwicht brengen van deze concurrerende behoeften is een cruciaal aspect van instrumentontwerp.

In hun Journal of Geophysical Research:Biogeosciences studie, Cawse-Nicholson et al. een nieuwe objectieve maatstaf voorstellen voor het optimaliseren van de concurrerende behoeften van instrumentgebruikers, die zij intrinsieke dimensionaliteit (ID) noemen. Intrinsieke dimensionaliteit kwantificeert de informatie-inhoud in een bepaalde reeks waarnemingen door in wezen het aantal significante componenten te tellen in een hoofdcomponentenanalyse van de gegevens.

Om hun aanpak te testen, pasten de auteurs ID toe op NASA's voorgestelde ruimtevaartuig Surface Biology and Geology. Ze identificeerden en verwerkten spectroscopische datasets uit bestaande bronnen die representatief waren voor de geprojecteerde capaciteiten van de missie. Door de invoergegevens op verschillende manieren opnieuw te samplen, simuleerden ze verschillende mogelijke compromissen tussen instrumenten en berekenden ze de ID voor elk.

De studie constateert dat intrinsieke dimensionaliteit afneemt met luidruchtigere observaties met een lagere resolutie, wat consistent is met intuïtie. De wetenschappers merken echter op dat deze statistiek kan worden gebruikt om intuïtie te kwantificeren om afwegingen te begeleiden. Ze vinden dat de voorbeeldscène (bijvoorbeeld woestijn versus bos) enig effect heeft op de consistentie van ID voor ruimtelijke overwegingen, maar minder voor spectrale. In de toekomst zullen ze het concept toepassen op meer gebieden van instrument- en missieontwerp, zoals datasnelheden, vliegroutes en observatieschema's. + Verder verkennen

Spectraal-volumetrisch gecomprimeerde ultrasnelle fotografie legt tegelijkertijd 5D-gegevens vast in een enkele momentopname

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Eos, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.