激光雷达为何遭遇串扰困扰？
集知网
激光雷达为何遭遇串扰困扰？
在自动驾驶技术的演进过程中，激光雷达始终扮演着关键的环境感知角色。即使近年来部分技术路径更倾向于纯视觉方案，仍有大量车企选择继续依赖激光雷达来构建其感知系统。目前，行业主流的激光雷达工作方式主要包括脉冲型飞行时间（Time-of-Flight，TOF）与连续波调频型（Frequency-Modulated Continuous Wave，FMCW）。
TOF激光雷达的原理较为直观，其通过周期性发射极短的激光脉冲，并利用接收器测量回波与发射之间的时间差，结合光速计算目标距离。这一方案在实现上相对简单、测距清晰，但对时间测量精度要求极高，且容易受到环境光或其他干扰信号的影响。常见的车规级TOF激光雷达通常工作在890 nm至1550 nm波段，各厂商在脉冲宽度、重复频率和接收灵敏度方面存在不同取舍。
相较之下，FMCW激光雷达并不依赖脉冲测距，而是连续发射激光，并使发射光频率随时间线性变化。接收端通过将回波与本地参考光相干混频，提取出“拍频”信号。该信号频率反映了目标与传感器之间的频率差，从而可同时推算出距离与相对速度信息。FMCW激光雷达在微弱信号检测方面具有增益优势，同时具备多普勒信息获取能力，且由于其相干检测机制，对非相干干扰源（如其他车辆的激光信号）具有天然抗干扰能力。
串扰现象的成因
随着激光雷达搭载车辆数量的增加，串扰问题逐渐显现。所谓串扰，是指激光雷达接收到来自其他传感器发射的信号，从而导致环境感知结果失真。
TOF激光雷达发射的短脉冲在空间中传播时，可能会与其他车辆激光雷达的发射信号发生交叉反射或漫反射。由于接收器无法准确区分自身发射脉冲的回波与外界干扰信号，仅凭时间差或脉冲形状进行判断时，容易将外来脉冲误判为有效回波。这将导致距离测量误差、点云数据丢失或虚假点的生成。
在车辆密度较高、夜间行驶或远距离观测场景下，串扰现象尤为突出。此外，同一车辆上多个TOF激光雷达单元之间若未实现良好协调，也可能引发相互干扰。例如，A单元发射的激光经表面漫反射进入B单元接收视场，或B单元接收器在A单元发射期间仍处于开启状态，都可能导致串扰。而FMCW激光雷达因相干检测机制，对这类干扰具有天然抑制能力，但其抗干扰效果仍受限于硬件实现方式。
TOF激光雷达应对串扰的常用方法
为减轻串扰带来的影响，TOF激光雷达通常采用多种技术策略，核心思路在于提升发射脉冲的“可识别性”或控制接收时间。
其中，脉冲编码是一种常见方法。该方案通过在发射脉冲中嵌入特定编码，接收端解码后仅识别与自身编码匹配的信号。编码方式可以基于伪随机序列或时相位模式实现，理论上能有效降低误判概率。然而，编码过程会拉伸信号在时间域的分布，对低反射率目标或远距离探测性能产生不利影响。
另一种方案为时间复用与接收门控。通过错开不同单元或车辆的发射时间，或仅在预期回波到达时段内开启接收器，可显著降低干扰概率。该方法依赖于高精度同步机制，如PPS或专用总线。但若目标距离超出预估或存在异常反射路径，可能导致数据丢失。
随机化发射时序或引入时间抖动也是一种简易策略。通过为固定频率的脉冲增加随机偏移，可将周期性干扰转化为随机噪声，从而在统计层面降低串扰概率。该方案实现简单，但难以从根本上区分有效与干扰信号。
此外，光学与硬件优化也可辅助抑制串扰。例如，使用窄带光学滤波器可减少环境光干扰，但对同波段信号无效；通过方向性设计或物理遮挡可减少侧向干扰，但可能影响探测视场。在软件层面，还可通过设定接收门限或采用多帧一致性验证机制，过滤掉孤立的异常点。
FMCW激光雷达的抗串扰优势
由于FMCW激光雷达依赖相干混频，只有与本地参考光频率和相位匹配的信号才能形成有效拍频，因此对外来非相干信号具备天然免疫力。在识别自身回波方面，FMCW激光雷达相较TOF更具优势。
然而，FMCW激光雷达并未成为行业主流，主要因其对硬件要求更高。调频光源需具备高线性与稳定性，本地振荡器对相位噪声敏感，同时其算法复杂度也较高，特别是在距离与速度信息耦合处理方面。尽管FMCW在高密度场景中表现更稳健，但其成本和实现难度限制了其大规模商业化应用。
软件层面的优化与传感器融合
无论TOF还是FMCW，软件设计在提升系统鲁棒性方面都发挥着关键作用。在点云处理阶段，可采用异常点检测、时间一致性校验、多帧数据融合等手段，识别并剔除可疑信号。
例如，若某一激光点在单帧中突然出现、缺乏速度支持，且视觉传感器未捕捉到对应目标，即可将其标记为低可信度信号并忽略。通过融合摄像头、毫米波雷达、IMU/GNSS等多传感器数据，可进一步降低误检风险。
此外，基于机器学习的分类算法也可用于识别串扰造成的异常点。通过训练模型学习串扰点的时空特征（如突发性、孤立性、反射强度异常等），在运行中动态调整点云权重。但该方法需依赖大量高质量训练数据，并需避免误判真实小目标。
结语
随着激光雷达装车量的上升，串扰问题正变得愈加明显。TOF激光雷达因脉冲发射机制更易受到干扰，而FMCW则因其相干检测机制在抗串扰方面具备一定优势，但其在实现复杂度和成本方面也面临更大挑战。
—END—
原文标题：激光雷达为什么会出现串扰的问题？
查看全文
评论0条评论