Ini untuk mengamati Bumi dan dirancang untuk mengatasi jebakan yang mengganggu instrumen serupa di masa lalu.
Secara harfiah bertahun-tahun dalam pembuatan, radiometer baru, yang dirancang untuk mengukur intensitas radiasi elektromagnetik, khususnya gelombang mikro, dilengkapi dengan salah satu sistem pemrosesan sinyal paling canggih yang pernah dikembangkan untuk misi satelit ilmu bumi. Pengembangnya di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Md., Mengirimkan instrumen itu ke Laboratorium Jet Propulsion NASA di Pasadena, California, di mana para teknisi akan mengintegrasikannya ke dalam wahana ruang aktif Pasif Aktif Kelembaban badan, bersama dengan sistem radar bukaan sintetis yang dikembangkan. oleh JPL.
Bangga dengan radiometer microwave pengamatan bumi baru mereka di Jet Propulsion Laboratory NASA di Pasadena, California. Kredit: NASA JPL / Corinne Gatto Kredit: NASA
Dengan dua instrumen ini, misi NASA akan memetakan tingkat kelembaban tanah secara global - data yang akan menguntungkan model iklim - ketika mulai beroperasi beberapa bulan setelah diluncurkan pada akhir 2014. Secara khusus, data akan memberikan para ilmuwan kemampuan untuk membedakan tanah global tingkat kelembaban, ukuran penting untuk pemantauan dan prediksi kekeringan, dan mengisi celah dalam pemahaman ilmuwan tentang siklus air. Juga penting, ini dapat membantu memecahkan misteri iklim yang belum terpecahkan: lokasi tempat-tempat dalam sistem Bumi yang menyimpan karbon dioksida.
Tahun Pembuatan
Membangun radiometer baru membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk menyelesaikan dan melibatkan pengembangan algoritma canggih dan sistem komputasi onboard yang mampu mengatasi banjir data yang diperkirakan mencapai 192 juta sampel per detik. Terlepas dari tantangannya, anggota tim percaya bahwa mereka telah menciptakan instrumen canggih yang diharapkan dapat mengatasi masalah akuisisi data yang dihadapi oleh banyak instrumen pengamat Bumi lainnya.
Sinyal yang diterima oleh instrumen akan menembus sebagian besar vegetasi non-hutan dan hambatan lain untuk mengumpulkan sinyal gelombang mikro yang dipancarkan secara alami yang menunjukkan adanya uap air. Semakin basah tanah, semakin dingin akan terlihat dalam data.
Pengukuran instrumen mencakup fitur-fitur khusus yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengidentifikasi dan menghilangkan "kebisingan" yang tidak diinginkan yang disebabkan oleh interferensi frekuensi radio dari banyak layanan berbasis Bumi yang beroperasi di dekat pita frekuensi microwave instrumen. Kebisingan yang sama telah mencemari beberapa pengukuran yang dikumpulkan oleh satelit Badan Kelembaban Tanah dan Salinitas Laut Badan Antariksa Eropa dan, sampai batas tertentu, satelit Aquarius NASA. Pesawat ruang angkasa ini menemukan bahwa kebisingan itu sangat lazim di darat.
"Ini adalah sistem pertama di dunia yang melakukan semua ini," kata Instrument Scientist Jeff Piepmeier, yang datang dengan konsep di NASA Goddard.
Menyetel Kebisingan Bumi
Seperti semua radiometer, instrumen baru "mendengarkan" suara-suara yang berasal dari planet yang sangat bising.
Seperti radio, radio ini secara khusus disetel ke pita frekuensi tertentu - 1,4 gigahertz atau "L-Band" - yang disediakan oleh International Telecommunication Union di Jenewa, Swiss, untuk astronomi radio dan aplikasi penginderaan jarak jauh Bumi yang pasif. Dengan kata lain, pengguna hanya dapat mendengarkan "statis" dari mana mereka dapat memperoleh data kelembaban.
Meskipun ada larangan, band ini jauh dari murni. "Radiometer mendengarkan sinyal yang diinginkan dalam pita spektrum, serta sinyal yang tidak diinginkan yang berakhir pada pita yang sama," kata Damon Bradley, seorang insinyur pemrosesan sinyal digital NASA Goddard yang bekerja dengan Piepmeier dan yang lainnya untuk membuat sinyal canggih radiometer Kemampuan -mengolah. Sebagai operator SMOS dengan cepat ditemukan tak lama setelah pesawat ruang angkasa diluncurkan pada 2009, kebisingan yang tidak diinginkan tentu ada dalam sinyal.
Sinyal-spillover dari pengguna spektrum tetangga - khususnya radar kontrol lalu lintas udara, ponsel dan perangkat komunikasi lainnya - mengganggu sinyal microwave yang ingin dikumpulkan oleh pengguna. Sama merepotkan adalah gangguan yang disebabkan oleh sistem radar dan pemancar TV dan radio yang melanggar peraturan International Telecommunication Union.
Akibatnya, peta kelembaban-tanah global yang dihasilkan oleh data SMOS terkadang berisi tambalan yang kosong dan kurang data. "Gangguan frekuensi radio bisa intermiten, acak, dan tidak dapat diprediksi," kata Bradley. "Tidak banyak yang dapat Anda lakukan tentang hal itu."
Itulah sebabnya Bradley dan lainnya di tim Piepmeier beralih ke teknologi.
Algoritma Baru Diimplementasikan
Ini adalah konsep seniman dari misi NASA Soil Moisture Active Passive. Kredit: NASA / JPL
Pada tahun 2005 Bradley, Piepmeier dan insinyur NASA Goddard lainnya bekerja sama dengan para peneliti di Universitas Michigan dan Universitas Negeri Ohio, yang telah membuat algoritma, atau prosedur komputasi selangkah demi selangkah, untuk mengurangi gangguan radio. Bersama-sama, mereka merancang dan menguji radiometer digital-elektronik canggih yang dapat menggunakan algoritma ini untuk membantu para ilmuwan menemukan dan menghapus sinyal radio yang tidak diinginkan, sehingga sangat meningkatkan akurasi data dan mengurangi area di mana tingkat interferensi tinggi akan menghambat pengukuran.
Radiometer konvensional menangani fluktuasi emisi gelombang mikro dengan mengukur daya sinyal melintasi lebar pita lebar dan mengintegrasikannya dalam interval waktu yang lama untuk mendapatkan rata-rata. Radiometer SMAP, akan mengambil interval waktu tersebut dan mengirisnya menjadi interval waktu yang jauh lebih pendek, membuatnya lebih mudah untuk mendeteksi sinyal RFI yang diproduksi oleh manusia. "Dengan memotong sinyal tepat waktu, Anda dapat membuang yang buruk dan memberikan yang baik bagi para ilmuwan," kata Piepmeier.
Langkah lain dalam pengembangan radiometer adalah penciptaan prosesor instrumen yang lebih kuat.Karena prosesor penerbangan mutakhir saat ini - RAD750 - tidak mampu menangani deras data yang diperkirakan dari radiometer, tim harus mengembangkan sistem pemrosesan yang dirancang khusus dengan menampilkan lebih kuat, susunan gerbang yang diprogram dengan medan radiasi yang lebih kuat, lebih kuat. yang merupakan sirkuit terpadu khusus aplikasi khusus. Sirkuit ini mampu menahan lingkungan keras, kaya radiasi yang ditemukan di ruang angkasa.
Tim kemudian memprogram rangkaian ini untuk mengimplementasikan algoritma yang dikembangkan University of Michigan sebagai perangkat keras pemrosesan sinyal penerbangan. Tim juga mengganti detektor dengan konverter digital analog dan mendukung keseluruhan sistem dengan membuat perangkat lunak pemrosesan sinyal berbasis darat untuk menghilangkan gangguan.
"SMAP memiliki radiometer berbasis pemrosesan digital paling canggih yang pernah dibuat," kata Piepmeier. “Butuh bertahun-tahun untuk mengembangkan algoritme, perangkat lunak dasar, dan perangkat keras. Apa yang kami hasilkan adalah radiometer L-band terbaik untuk ilmu bumi. ”
Melalui NASA