激光雷达中串扰现象的成因与应对策略
在自动驾驶技术的发展历程中，激光雷达一直扮演着关键的环境感知角色。即使近年来部分技术路径转向纯视觉，仍有大量汽车制造商坚持使用激光雷达。当前，激光雷达主要分为两种技术路线：脉冲式飞行时间（TOF）与连续波调频（FMCW）。
TOF激光雷达的基本工作原理是通过周期性发射窄脉冲激光，并通过接收器测量激光往返所需的时间差，从而计算出目标的距离。这种方法实现较为简便，测距直观，且具备较高的脉冲能量。然而，它也面临较高的时间分辨率要求，以及易受环境光和干扰信号影响的问题。目前常见的车规级TOF激光雷达多工作于890 nm～1550 nm波段，不同厂商在脉冲宽度、重复频率和接收灵敏度方面各有侧重。
FMCW激光雷达则采用连续激光，并在发射过程中进行频率调制。通过将接收信号与本地参考信号进行混频，系统可以提取“拍频”信号，从而推导出目标的距离和相对速度。这种方法基于相干检测原理，具备更高的灵敏度和抗干扰能力。由于只有与本地参考信号相干的信号才能产生有效干涉，FMCW激光雷达对外部非相干光源具备天然的抵抗能力。
串扰现象的成因
随着激光雷达车辆数量的增加，激光雷达之间出现“串扰”的问题变得日益突出。所谓串扰，是指一个激光雷达接收到其他激光雷达发射的信号，从而干扰其自身感知系统的判断。
TOF激光雷达采用周期性发射脉冲的方式，当多个激光雷达在空间中同时工作时，脉冲可能在环境中漫反射后被其他车辆的接收端误认为是自身的回波。由于接收端通常仅依赖于时间差或脉冲形状来识别目标，缺乏有效的鉴别机制，因此容易误将外部脉冲识别为有效信号，从而引发测距错误、点云丢失或虚假点云等问题。
串扰现象在车辆密集的行驶环境中尤为明显，尤其在夜间或开阔区域中表现更为显著。此外，若同一车辆上安装多个TOF激光雷达单元且未实现同步控制，也可能导致内部干扰。相比之下，FMCW激光雷达由于其相干检测机制，能够有效抑制部分串扰现象，但并非完全免疫，其表现仍取决于具体的设计和实现方式。
TOF激光雷达抗串扰的常见技术手段
针对TOF激光雷达的串扰问题，业界提出了多种技术方案，核心思路是通过对脉冲信号进行“标识”或“时间控制”，以便接收端能够有效区分自身回波与外来干扰。
脉冲编码是其中较为常见的一种方式，它通过在发射脉冲中嵌入特定的编码信号，使接收端能够在解码过程中识别出自身发射的脉冲。该方法利用伪随机序列或相位/时间码型进行实现，理论上可有效降低误判概率。然而，编码过程也带来了额外的处理开销，可能影响系统灵敏度和测距能力。
另一种方法是时间复用和接收门控。通过错开不同单元的发射时间或仅在预估回波到达时间窗口内开启接收器，可以有效避免多个激光雷达之间的相互干扰。该方法依赖于精确的时钟同步和硬件支持，适用于车辆内部多个TOF单元的协调工作。然而，若目标距离超出预期或反射路径异常，接收窗口可能无法覆盖有效回波，从而影响探测效果。
此外，还可采用随机发射时序或引入时间抖动的方式，将周期性干扰转化为随机噪声。这种方法实现简单，但仅能在概率上降低干扰概率，对高密度场景的抗干扰效果有限。
在光学和硬件层面，也可通过窄带滤波、方向性设计或物理遮挡等方式减少干扰。软件方面则可以引入多帧验证机制，例如仅保留多次帧中稳定出现的点，以过滤异常点。
FMCW激光雷达的抗串扰特性
由于FMCW激光雷达依赖相干检测，接收信号需要与本地参考光混频才能生成有效的拍频信号。因此，外部非相干光源很难对系统产生影响，这使其在抗串扰方面具有天然优势。
尽管FMCW在抗干扰能力方面优于TOF，但其尚未成为主流方案。主要原因在于FMCW系统对调频光源和本地振荡器的线性度要求较高，硬件复杂度和成本也远高于TOF。此外，FMCW系统中测距与测速信息是耦合的，对数字信号处理算法提出更高要求。因此，尽管其在高密度场景中表现更佳，但成本和实现难度限制了其大规模应用。
软件辅助与多传感器融合
无论是TOF还是FMCW，硬件手段难以覆盖所有可能的干扰场景，软件设计成为必要的补充。在软件层面，可以采用点云异常检测、时间一致性校验、多帧累积判断等方法，结合摄像头、毫米波雷达、IMU/GNSS等多种传感器进行信息融合，从而提高感知系统的鲁棒性。
例如，若激光点云中出现孤立的“飞点”，在单帧中短暂出现且无速度场支持，同时其他传感器未检测到对应目标，该点可被标记为低置信度数据并予以剔除。此外，基于机器学习的算法也逐渐被用于识别串扰产生的伪点。通过学习串扰点的时空特征，如突发性、孤立性或反射强度异常，系统可以在运行时动态降低这些点的权重。
结语
随着激光雷达搭载数量的上升，串扰现象成为影响系统性能的重要挑战。TOF激光雷达因其工作原理较易受到干扰，而FMCW则在抗干扰方面表现更佳，但成本和复杂度也相应增加。在实际应用中，硬件优化、软件辅助和多传感器融合往往是提升激光雷达鲁棒性的关键。
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原文标题：激光雷达为什么会出现串扰的问题？