Med den raske utviklingen av kommersiell romfartsteknologi øker etterspørselen etter kommunikasjonssystemer mellom rom i kommersielle romfartøyer dag for dag. Denne artikkelen foreslår et laserkommunikasjonssystem for nær-rekkevidde med en integrert design av effektiv kommunikasjon og anti-jitter, som er spesielt rettet mot kommunikasjon mellom rom i kommersiell romfart. Dette systemet står overfor utfordringer som optisk elementdeformasjon og redusert optisk banestabilitet i høy-flerfrekvente multi-grader-av-frihet og høy-vibrasjonsforhold. Ved å ta i bruk unik optisk banedesign, stor divergensvinkel og adaptive algoritmer, undertrykker den effektivt virkningen av vibrasjoner på det optiske systemet. Eksperimentelle resultater viser at når vibrasjonsvinkelforskyvningen er innenfor ±20 grader, sideforskyvningen er mindre enn 200 mm, og den langsgående forskyvningen er mindre enn 10 mm, oppfyller kvaliteten på lyspunktet og kommunikasjonsytelsen designkravene. Forskningen i denne artikkelen gir teoretisk grunnlag og teknisk støtte for design og implementering av laserkommunikasjonssystemer mellom rom i kommersiell romfart under høy-flerfrekvente multi-graders-frihetskoblede vibrasjonsmiljøer, og er av stor betydning for å forbedre kommunikasjonspåliteligheten til romfartøy i ekstreme rom.
Design et nær-laserkommunikasjonssystem som passer for multi-graders--frihetskoblede vibrasjonsmiljøer, med sikte på å løse problemet med utilstrekkelig stabilitet til tradisjonelle mekaniske grensesnitt i ekstreme miljøer. Dette systemet oppnår kommunikasjon med høy pålitelighet under komplekse forhold som sterk vibrasjon gjennom innovativ optisk design og materialvalg. Spesielt lindrer laserkommunikasjonen mellom rom effektivt virkningen av multi-graders-frihetskoblet vibrasjon på kommunikasjonskvaliteten ved å øke stråledivergensvinkelen. I tillegg introduserer systemet en adaptiv optisk justeringsmekanisme som kan{10} sanntid kompensere for optiske baneavvik forårsaket av vibrasjoner og temperaturendringer, noe som ytterligere forbedrer kommunikasjonsstabiliteten.
Når det gjelder optisk design, optimaliserer denne artikkelen den optiske banen til laserkommunikasjonssystemet basert på Zemax optisk simuleringsprogramvare. Gjennom simuleringsanalyse bestemmes det optimale stråledivergensvinkelområdet til å være 0,5 grader til 1,5 grader, noe som sikrer kommunikasjonsavstand samtidig som effekten av koblet vibrasjon på den optiske banen minimeres. Simuleringsresultatene viser at når stråledivergensvinkelen er 2,0 grader, kan systemet fortsatt oppfylle kommunikasjonskravene i et ekstremt miljø med en kommunikasjonsavstand på 200 mm, og lyspunktdiameteren kontrolleres innenfor 2 mm, og oppfyller kravene til fotodeteksjon i mottakerenden. Dessuten verifiserer simuleringen også variasjonslovene for den optiske banestabiliteten og mottakseffekten under forskjellige avbøyningsvinkler (0 grader til 5 grader) og vertikale forskyvninger (0 mm til 10 mm). Simuleringsresultatene viser at når vinkelforskyvningen er 2 grader, er senterforskyvningen av lyspunktet mindre enn 0,5 mm, og mottakseffekten synker bare med omtrent 1,2 dB, noe som indikerer at systemet har sterk anti{16}}offset-evne.
Eksperimentell verifisering viser at under ekstreme forhold, når avstanden mellom mottakerenden og senderenden overstiger 200 mm, kan mottakseffekten fortsatt være på -8,88dBm. Dessuten, når vinkelforskyvningen når 20 grader, selv når kommunikasjonsavstanden overstiger 200 mm, kan mottakseffekten ved mottakeren fortsatt opprettholde -10,61 dBm. Enda viktigere, når kommunikasjonsavstanden, avbøyningsvinkelen og vertikal forskyvning når sine ekstreme posisjoner, kan mottakskraften ved mottakeren fortsatt holde seg over -10,84dBm innen 5 minutter, og oppnå feilfri kommunikasjon, som fullt ut oppfyller designkravene. Denne ytelsen tilskrives den omfattende optimaliseringen av optisk design, materialvalg og termisk kontrollteknologi til systemet.
Konklusjonen er at utforming av et nær-laserkommunikasjonssystem for multi-graders-frihetskoblede vibrasjonsmiljøer demonstrerer ikke bare utmerket optisk ytelse, men oppnår også kommunikasjon med høy pålitelighet i ekstreme miljøer. Denne utformingen gir viktig teknisk støtte og referanseverdi for laserkommunikasjonsapplikasjoner innen romfart,-utforskning av dypt hav og kjernefysisk industri i fremtiden.