激光雷达中的串扰问题解析
脉冲式TOF激光雷达的工作机制较为直观，其通过定期发射极窄的激光脉冲，待激光遇到障碍物反射后，由接收器测量发射与接收之间的时间差，并通过乘以光速的一半，即可计算出目标物体的距离。这种方式在实现上较为直接，测距逻辑清晰，且脉冲能量集中，但对时间测量精度要求极高，同时容易受到环境光或其他干扰脉冲的影响。当前主流的车规级TOF激光雷达多工作在890 nm～1550 nm波段，各厂商在脉冲宽度、重复频率和接收灵敏度方面通常会根据自身需求作出不同取舍。
FMCW激光雷达的原理与优势
相比之下，FMCW激光雷达不依赖短脉冲测距，而是采用连续发射激光的方式，并让发射光的频率随时间线性调频。接收到的回波与本地参考光相干混频后，会产生“拍频”信号，该信号的频率反映了发射和接收之间的频率差，由此可以推导出目标物体的距离和相对速度（多普勒信息）。由于FMCW激光雷达采用了相干检测的方式，在接收弱回波时具备更高的增益优势，并可同时获取速度信息。由于只有与本地参考光相干的信号才能产生有效干涉，因此FMCW激光雷达对外部非相干光源（包括其他车辆的激光信号）具有天然的抗干扰能力。
串扰现象的成因
随着越来越多的车辆配备激光雷达，一种被称为“串扰”的问题逐渐显现。串扰指的是激光雷达接收到其他车辆发出的信号，从而导致感知信息失真的现象。
TOF激光雷达发射的是周期性、短暂的脉冲，这些脉冲在空间中传播时，可能与其他车辆的雷达系统产生交叉，反射或漫散射后，被其他车辆的接收端误认为是自身发出的回波。由于接收器无法有效区分信号来源，仅依赖时间差或脉冲形状识别目标，缺乏额外的鉴别机制，极易将外部脉冲误判为有效回波。这种情况可能导致测距错误、点云丢失或产生虚假点云。
串扰在多车密集行驶时尤为常见，在夜间或视野开阔的远距离场景中尤为明显；此外，同一车辆上多个TOF单元之间如未协调好，也可能发生相互干扰。例如，某单元发射的激光经漫反射进入另一单元的视场，或接收窗口在发射后仍处于开启状态，都可能引发串扰。相较之下，FMCW激光雷达的相干检测机制可有效抑制此类干扰，但不能完全免疫，其具体性能取决于硬件实现方式。
TOF激光雷达的抗串扰策略
为缓解TOF激光雷达面临的串扰问题，业界提出了多种技术方案，核心思路是为发射脉冲添加标识或进行时间控制，以帮助接收端区分自身回波和外部干扰。
- 脉冲编码：一种常见的方法是对发射脉冲进行编码，接收端通过解码判断信号是否来自自身发射。编码方式包括伪随机序列或特定时间/相位码型。该方法理论上能显著降低误判概率，尤其在多雷达共存环境中。
- 时间复用与接收门控：通过错开发射时间或将接收窗口限定在回波预计到达时刻，可有效减少互扰。此方案需要高精度同步机制，如PPS或硬件总线，但若目标距离异常或反射路径复杂，可能造成数据丢失。
- 随机化发射时序：在帧结构中引入时间抖动，可将固定周期干扰转化为随机噪声，降低干扰概率。该方法实现简单且兼容现有硬件，但在高密度交通场景中效果有限。
- 光学与硬件优化：例如采用窄带光学滤波器或定向光学设计，减少非目标光干扰。同时可通过软件设置接收门限、多帧验证机制等方式，剔除孤立伪点。
FMCW激光雷达的抗串扰优势
FMCW激光雷达在抗串扰方面具备天然优势。由于其依赖相干检测，只有与本地参考光在频率和相位上保持一致的信号才能形成稳定拍频，因此非相干光源难以被误识别为有效回波。
尽管FMCW在抗串扰方面表现出色，但其并未成为主流解决方案。这是因为FMCW系统需要高精度的调频光源和稳定本地振荡器，且对相位和频率噪声较为敏感，导致整体硬件成本和系统复杂度上升。此外，在某些特殊情况下（如多个相干源并存），FMCW也可能遭遇干扰。其测距和测速信息的耦合特性，也对信号处理算法提出了更高要求。
软件优化与多传感器融合
无论是TOF还是FMCW激光雷达，仅靠硬件难以应对所有场景，因此软件层面的优化必不可少。
- 点云异常检测与时间一致性校验：通过多帧数据的对比，识别并剔除不稳定点，例如单帧中孤立出现的“飞点”。
- 传感器融合：结合摄像头、毫米波雷达、IMU/GNSS等传感器的数据，提高点云可信度。若激光点云中出现与视觉或惯性数据不匹配的物体，可视为低置信度信号。
- 基于机器学习的点云滤波：训练分类器识别串扰点的时序、空间分布及反射强度等特征，在运行中动态调整点云权重。此方法需大量高质量样本支持，同时需避免将稀有真实目标误判。
综合来看，激光雷达的串扰问题并非单一技术可以彻底解决，而是需要从硬件设计、信号编码、时序控制、光学优化到软件算法与传感器融合等多方面协同优化，才能在实际应用中实现稳健可靠的感知能力。