Otimização das necessidades de instrumentos concorrentes com uma métrica objetiva

O satélite ECOSTRESS da NASA capturou o estresse das plantas no local do Patrimônio Mundial de Sundarban, no sul da Ásia. As cores vermelhas indicam alto estresse evaporativo da planta e as cores verdes indicam baixo estresse. Futuros instrumentos hiperespectrais para detectar estresse em plantas podem ser otimizados através de uma análise de dimensionalidade intrínseca. Crédito:NASA/JPL-Caltech, Domínio Público

Projetar instrumentos para missões de espaçonaves é um exercício de gerenciamento de compensações. Com severas restrições de potência, massa e volume, os instrumentos baseados no espaço são frequentemente comprometidos de maneiras que um instrumento de laboratório equivalente não seria. Cada instrumento também geralmente suporta uma série de experimentos ou campanhas observacionais.
Cada uso potencial de um instrumento se beneficia de forma diferente de atributos como resolução espacial, temporal e espectral, ou a relação sinal-ruído. Por exemplo, observações geológicas podem preferir alta resolução espacial e espectral, enquanto experimentos meteorológicos podem exigir observações de alta cadência e uma boa relação sinal-ruído. Equilibrar essas necessidades concorrentes é um aspecto crítico do design do instrumento.

Em seu Journal of Geophysical Research:Biogeosciences estudo, Cawse-Nicholson et al. propõem uma nova métrica objetiva para otimizar as necessidades concorrentes dos usuários de instrumentos, que eles chamam de dimensionalidade intrínseca (ID). A dimensionalidade intrínseca quantifica o conteúdo da informação em um determinado conjunto de observações essencialmente contando o número de componentes significativos em uma análise de componente principal dos dados.

Para testar sua abordagem, os autores aplicaram o ID à espaçonave de Biologia e Geologia de Superfície proposta pela NASA. Eles identificaram e processaram conjuntos de dados espectroscópicos de fontes existentes representativas das capacidades projetadas da missão. Ao reamostrar os dados de entrada de diferentes maneiras, eles simularam várias possíveis trocas de instrumentos, calculando o ID para cada um.

O estudo constata que a dimensionalidade intrínseca diminui com observações mais ruidosas e de baixa resolução, o que é consistente com a intuição. No entanto, os cientistas observam que essa métrica pode ser usada para quantificar a intuição para orientar as trocas. Eles descobriram que a cena da amostra (por exemplo, deserto versus floresta) tem algum efeito na consistência do ID para considerações espaciais, mas menos para as espectrais. No futuro, eles aplicarão o conceito a mais áreas de design de instrumentos e missões, como taxas de dados, trajetórias de voo e horários de observação. + Explorar mais