雨雾环境下毫米波雷达与激光雷达性能对比分析
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雨雾环境下毫米波雷达与激光雷达性能对比分析
在复杂气象条件下，激光雷达与毫米波雷达的感知能力会显著分化。雨雾天气下，哪一种技术更具优势，已成为传感器领域的重要议题。
工作原理对性能的影响
激光雷达发射的是波长在数百至千纳米范围内的激光，而毫米波雷达则使用毫米级波长的电磁波。这一物理特性的差异，直接影响了它们在雨雾环境中的表现。
雨滴和雾滴对电磁波的干扰主要通过散射和吸收两种方式体现。当波长与颗粒尺寸相近时，米氏散射效应会显著增强，导致信号能量大幅衰减。
以雾气中的水滴为例，其直径通常在1至20微米之间，与激光雷达的波长相近，因此在浓雾中，激光信号极易被散射，探测能力迅速下降。
相比之下，毫米波雷达的波长远大于雾滴尺寸，使得瑞利散射效应占主导，其信号能够“绕过”障碍物，维持较高的穿透性能。
即使在极端能见度条件下，毫米波雷达依然能够稳定工作，仿佛具备穿透雨雾的能力。在全天候适应性和穿透力方面，毫米波雷达展现出明显优势。
在探测距离和目标识别方面，毫米波雷达借助电磁波反射与多普勒效应，能够获取目标的运动信息。这种能力是激光雷达难以替代的关键特性。
而激光雷达在雨雾天中，点云数据容易被干扰，产生大量噪声。这不仅增加了计算负担，还可能导致障碍物误判，影响自动驾驶的安全性。
激光雷达为何在雨雾中受限
尽管激光雷达在晴天具备高精度建模能力，但其在恶劣天气下的性能却不尽如人意。
激光雷达通过高频率激光脉冲，构建高分辨率三维环境图。然而，雨滴或雾滴的干扰会形成大量噪声点云，影响感知的准确性。
这些干扰可能导致自动驾驶系统误判前方情况，引发不必要的紧急制动。尽管已有算法尝试消除干扰，但在极端条件下，探测距离仍不可避免地缩短。
目前主流激光雷达分为905纳米和1550纳米两种波长。905纳米激光雷达成本较低但人眼安全限制其发射功率，而1550纳米虽更安全，却在雨天面临更强的水吸收效应。
研究表明，1550纳米激光在水汽中衰减更快，尤其在大雨环境下表现更差。提升发射功率或更换波长并不能完全解决其在雨雾环境中的局限。
毫米波雷达的成像进步与全天候优势
毫米波雷达凭借其长波长，具备天然的抗干扰能力。然而，传统雷达分辨率较低，难以区分目标的具体形状。
为突破这一瓶颈，4D毫米波雷达应运而生。这种新型雷达在距离、速度和水平角度之外，加入了高度维度，利用MIMO技术实现高清点云建模。
在极端天气下，4D毫米波雷达仍能清晰识别前方物体，如车辆、桥梁或故障车。其多普勒测速功能可在低能见度环境下提供精确的速度数据，提升系统响应速度。
此外，毫米波雷达的结构简单、成本可控，且对环境适应性强。即使传感器表面被泥水覆盖，其探测能力依然保持稳定。
传感器融合的重要性
毫米波雷达虽在雨雾中表现优异，但激光雷达在晴朗天气下的建模精度更高。因此，大多数车企选择将两者融合使用。
在正常条件下，激光雷达主导环境建模；而在雨雾天气下，系统会自动增强毫米波雷达的权重，以提升感知稳定性。
华为等企业已在最新感知方案中集成高线数激光雷达与高性能4D毫米波雷达。这种组合能够在暴雨或浓雾中维持高可靠性，确保自动驾驶系统的持续运行。
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