激光雷达串扰问题的成因与应对策略
在自动驾驶技术的发展中，激光雷达一直是关键的环境感知设备。即便近年来部分技术路径转向纯视觉方案，仍有许多汽车制造商坚持采用激光雷达作为核心传感器。目前，激光雷达主要分为脉冲飞行时间（Time-of-Flight，TOF）和调频连续波（Frequency-Modulated Continuous Wave，FMCW）两种工作模式。
TOF激光雷达的原理较为直观：它通过发射短时激光脉冲，根据激光从发射到回波的时间差计算目标距离。这种方法实现简单、脉冲能量集中，但对时间测量精度要求极高，且容易受环境光和外部干扰脉冲影响。多数车规级TOF激光雷达工作在890 nm至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发射，并通过线性调频（Chirp）技术生成频率随时间变化的信号。回波信号与本地参考光进行相干混频，形成拍频信号，从而推导出目标的距离和相对速度。由于采用相干检测机制，FMCW具备更高的接收灵敏度和速度检测能力。更重要的是，外来脉冲通常无法与本地参考光形成有效干涉，因此在抑制串扰方面表现出更强的抗干扰能力。
串扰问题的成因
随着激光雷达在车辆上的部署日益普及，串扰问题逐渐成为行业关注的焦点。所谓串扰，指的是激光雷达在接收回波信号时误将其他车辆发出的激光信号识别为自身发射的信号，从而造成感知误差。
TOF激光雷达发射的脉冲信号在空间中传播时可能与其他车辆的激光脉冲发生交叉，尤其是在夜间或开阔场景中。由于TOF仅依赖时间差或脉冲形状来识别目标，缺乏额外的信号标识机制，因此容易误判外来脉冲为有效回波，导致测距错误、点云丢失或虚假点云等问题。
在多车并行、高密度交通场景中，串扰问题尤为突出。此外，同一车辆上多个TOF单元之间若未进行协调，也可能引发相互干扰。例如，A单元发出的激光可能经由漫反射进入B单元的接收视场，或者B单元的接收窗口在A单元发射后仍保持开启状态，从而导致串扰。
相比之下，FMCW激光雷达在相干检测机制下，对来自其他车辆的非相干信号具有天然抑制能力。然而，其抗串扰能力并非绝对，具体表现仍取决于硬件实现方式和系统设计。
TOF激光雷达的串扰抑制策略
为缓解TOF激光雷达面临的串扰挑战，业界提出了多种技术方案，核心思想在于为每个发射脉冲赋予“标识”或控制其发射时序，以便接收端能够区分有效回波与外部干扰。
一种常见方法是脉冲编码（编码发射），即对发射脉冲按照特定规则进行编码，接收端通过解码仅识别与本地编码匹配的信号。编码可采用伪随机序列或时间/相位特殊码型。这种方法在多车场景中能够显著降低误判概率，但由于编码与匹配过程会分散信号能量，可能在远距离或低反射率目标检测中影响系统性能。
时间复用与接收门控技术则通过错开发射时间或控制接收窗口的开启时长来避免干扰。这一策略在处理同一车辆上的多单元干扰时非常有效，尤其适合通过硬连线同步方式实现，如PPS或专用同步总线。然而，若目标反射路径异常或回波到达时间超出预期，可能导致数据丢失。
随机化发射时序也是一种简单有效的干扰抑制手段。通过在固定频率中引入时间抖动，可将周期性干扰转化为随机噪声。这种方式实现成本低，兼容性强，但无法彻底区分外来信号，仅能在概率上减少干扰。
除此之外，光学和硬件层面的优化也可辅助抑制串扰，如使用窄带滤波器减少环境光干扰、通过光学方向性设计限制侧向入射路径等。软件层面则可通过设置接收门限、多帧验证机制等方式，在点云后处理阶段剔除异常点。
FMCW激光雷达的抗干扰优势
FMCW激光雷达在抗串扰方面具备天然优势。由于其依赖相干混频机制，只有与本地参考光保持频率和相位一致的信号才会被检测为有效回波。因此，外来非相干脉冲不会干扰检测过程。
尽管FMCW在原理上更抗串扰，其普及程度仍不及TOF系统，这主要受限于硬件复杂度与成本。FMCW系统需要高线性调频光源和稳定本地振荡器，相干检测对频率和相位噪声非常敏感。此外，FMCW的测距与测速信息耦合，算法实现复杂度更高。
在特定情况下，FMCW也可能受到干扰，例如两个相干源同时存在，或外来连续波频率轨迹与本地信号高度重合。因此，在追求低成本和大规模商业化应用的背景下，车企在选型时需权衡性能与成本。
软件优化与传感器融合策略
无论是TOF还是FMCW，硬件手段难以覆盖所有干扰场景，因此软件层面的优化不可或缺。通过点云异常检测、时间一致性校验、多帧累积判断等策略，可以提升系统对虚假点的识别能力。
例如，若某点云在单帧中孤立出现，缺乏速度场信息，且未被其他传感器检测到，可被标记为低置信度信号并剔除。此外，结合摄像头、毫米波雷达、IMU/GNSS等多传感器信息，可进一步增强系统鲁棒性。
机器学习方法也被用于识别和过滤串扰产生的伪点。通过训练分类器学习串扰点的时空特征，可有效降低误检率。该方法依赖于大规模训练数据，并需防止将小概率真实目标误判为串扰。
结语
随着激光雷达部署密度的增加，串扰问题正变得愈发严峻。TOF激光雷达因脉冲特性较易受串扰影响，而FMCW则凭借相干检测机制具备更强的抗干扰能力，但其高硬件复杂度和成本也限制了大规模应用。