Med den hurtige udvikling af kommerciel rumfartsteknologi stiger efterspørgslen efter kommunikationssystemer mellem rum i kommercielle rumfartøjer dag for dag. Dette papir foreslår et laserkommunikationssystem nær-med et integreret design af effektiv kommunikation og anti-jitter, som specifikt er rettet mod kommunikationen mellem rum i kommerciel rumfart. Dette system står over for udfordringer såsom deformation af optiske elementer og nedsat optisk vejstabilitet under høj-flerfrekvente multi-grader-af-frihed og høj-vibrationsforhold. Ved at anvende unikt optisk vejdesign, stor divergensvinkel og adaptive algoritmer undertrykker det effektivt vibrationspåvirkningen på det optiske system. Eksperimentelle resultater viser, at når forskydningen af vibrationsvinklen er inden for ±20 grader, den laterale forskydning er mindre end 200 mm, og den langsgående forskydning er mindre end 10 mm, opfylder kvaliteten af lyspunktet og kommunikationsydelsen alle designkravene. Forskningen i denne artikel giver teoretisk grundlag og teknisk support til design og implementering af laserkommunikationssystemer mellem rum i kommerciel rumfart under højfrekvente multi-graders-frihedskoblede vibrationsmiljøer og er af stor betydning for at forbedre kommunikationssikkerheden for rumfartøjer i ekstreme rumfartøjer.
Design et tæt-laserkommunikationssystem, der er egnet til mange-graders--frihedskoblede vibrationsmiljøer, med det formål at løse problemet med utilstrækkelig stabilitet af traditionelle mekaniske grænseflader i ekstreme miljøer. Dette system opnår høj pålidelig kommunikation under komplekse forhold som f.eks. stærke vibrationer gennem innovativt optisk design og materialevalg. Specifikt lindrer laserkommunikationen mellem rum effektivt virkningen af multi-graders-frihedskoblede vibrationer på kommunikationskvaliteten ved at øge stråledivergensvinklen. Derudover introducerer systemet en adaptiv optisk justeringsmekanisme, der i realtid kan-kompensere for optiske vejafvigelser forårsaget af vibrationer og temperaturændringer, hvilket yderligere forbedrer kommunikationsstabiliteten.
Med hensyn til optisk design optimerer dette papir laserkommunikationssystemets optiske vej baseret på Zemax optisk simuleringssoftware. Gennem simuleringsanalyse bestemmes det optimale stråledivergensvinkelområde til at være 0,5 grader til 1,5 grader, hvilket sikrer kommunikationsafstand og minimerer samtidig påvirkningen af koblede vibrationer på den optiske vej. Simuleringsresultaterne viser, at når stråledivergensvinklen er 2,0 grader, kan systemet stadig opfylde kommunikationskravene i et ekstremt miljø med en kommunikationsafstand på 200 mm, og lyspletdiameteren styres inden for 2 mm, hvilket opfylder fotodetektionskravene for den modtagende ende. Ydermere verificerer simuleringen også variationslovene for den optiske vejstabilitet og modtagereffekt under forskellige afbøjningsvinkler (0 grader til 5 grader) og lodrette forskydninger (0 mm til 10 mm). Simuleringsresultaterne viser, at når vinkelforskydningen er 2 grader, er midterforskydningen af lyspletten mindre end 0,5 mm, og modtagestyrken falder kun med ca. 1,2 dB, hvilket indikerer, at systemet har stærk anti-offset-evne.
Eksperimentel verifikation viser, at under ekstreme forhold, når afstanden mellem den modtagende ende og den transmitterende ende overstiger 200 mm, kan modtageeffekten stadig forblive på -8,88 dBm. Desuden, når vinkelforskydningen når 20 grader, selv når kommunikationsafstanden overstiger 200 mm, kan modtageeffekten i den modtagende ende stadig opretholde -10,61 dBm. Endnu vigtigere er det, at når kommunikationsafstanden, afbøjningsvinklen og den lodrette forskydning når deres ekstreme positioner, kan den modtagende effekt i den modtagende ende stadig forblive over -10,84dBm inden for 5 minutter og opnå fejlfri kommunikation, der fuldt ud opfylder designkravene. Denne ydeevne tilskrives systemets omfattende optimering i optisk design, materialevalg og termisk kontrolteknologi.
Som konklusion demonstrerer design af et laserkommunikationssystem tæt på-rækkevidde til multi-graders-{2}}-frihedskoblede vibrationsmiljøer ikke kun en fremragende optisk ydeevne, men opnår også høj pålidelig kommunikation i ekstreme miljøer. Dette design giver vigtig teknisk support og referenceværdi for laserkommunikationsapplikationer inden for rumfart,-dybhavsudforskning og atomindustri i fremtiden.