WAIC-UP вычитает из магнитометра шум включённого CubeSat

У научного CubeSat есть неприятная акустика, только вместо звука в ней магнитное поле. Магнитные торкеры рисуют PWM-гребёнки, вращающиеся маховики проводят по спектру скользящие тоны, цифровая электроника добавляет свои линии. Датчик, закреплённый на корпусе, должен в этой среде уловить слабые переменные поля плазмы. Поэтому магнитометры обычно выносят на длинную штангу: расстояние ослабляет поле бортовой электроники раньше, чем оно доберётся до прибора.

Группа University of Michigan и NASA Goddard проверяет другой путь. WAIC-UP, Wavelet-Adaptive Interference Cancellation for Underdetermined Platforms, пытается вычесть подписи самого аппарата из показаний нескольких магнитометров, размещённых на компактной платформе. Идея похожа на шумоподавление в аудио, только полезный сигнал приходит из магнитосферы, а «шумит» корпус, который его несёт.

Для теста авторы взяли stray-field измерения включённого Engineering Development Unit спутника TBEx и наложили на них реальные записи переменных магнитных волн, полученные прибором Plasma Wave Instrument аппарата NASA Polar во время геомагнитной активности в январе 1997 года. Получилась более честная смесь, чем синтетический белый шум: в ней есть изменяющаяся скорость колёс, PWM-гармоники торкеров и моменты, где две помехи занимают одни и те же участки спектра.

WAIC-UP переносит сигналы в домен вейвлетов Морле и оценивает, какая доля каждого временно-частотного фрагмента принадлежит платформе. Здесь критична ширина вейвлета. В моделировании на полосе 50 Гц–30 кГц настройка с параметром f_b = 4 s² дала медианную корреляцию восстановленного внешнего поля с исходным около 0.99; для стандартной настройки авторы приводят около 0.67. Слишком широкий вейвлет, f_b выше 9 s², размывает события во времени. Помехи и полезное поле перестают выглядеть разреженными и разделение ухудшается.

В отдельной проверке на полосе 10 Гц–2 кГц лучшие комбинации сигналов дали корреляцию выше 0.99 при SNR выше 16 dB. Это не означает, что готовый CubeSat уже измерил магнитосферу на орбите с такой точностью. Результат относится к стендовой смеси измеренных полей TBEx и архивного внешнего сигнала Polar. Полный доклад пока не раскрывает геометрию и тип датчиков, частоты дискретизации и вычислительную цену алгоритма на борту.

Авторы показывают и границу замысла. Почти симметричное расположение сенсоров лишает метод нужных пространственных различий между источниками. Спектрально-диффузное внешнее поле тоже мешает: ему трудно назначить уникальную временно-частотную подпись. Предыдущие работы группы указывают ещё на слабое место в области низких частот, где WAIC-UP дополняли отдельной коррекцией тренда RAMEN.

Именно поэтому работа интересна шире CubeSat. Она предлагает рассматривать телеметрию маховиков, PWM торкеров и режимы питания как карту помех измерительного прибора. Если эти источники синхронно известны бортовому DSP, аппарат получает дополнительные опорные каналы для адаптивного вычитания. Длинная штанга остаётся сильным физическим решением, но часть её работы теперь пытаются перенести в алгоритм, который знает, как именно спутник портит собственное магнитное поле.