激光雷达串扰现象的成因与解决方案解析
在自动驾驶技术的演进过程中，激光雷达一直是关键的环境感知硬件。尽管近年来部分技术路线倾向于视觉主导的感知方案，但仍有大量车企坚持采用激光雷达作为核心传感器。当前，激光雷达的主要工作方式包括脉冲式飞行时间（Time-of-Flight，TOF）和连续波调频（Frequency-Modulated Continuous Wave，FMCW）。
TOF激光雷达的工作方式较为直观，其通过周期性地发射窄脉冲激光，利用发射与反射回波之间的时间差计算目标距离。该方法具有结构简单、测距直观、能量集中等优点，但也存在对时间测量精度要求高，且容易受环境光或其他干扰脉冲影响等问题。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、重复频率及接收灵敏度方面各有侧重。
FMCW激光雷达则采用连续调频的方式发射激光，通过与本地参考光进行相干混频，提取回波中的频率差（即拍频信号），从而获得目标的距离与速度信息。该技术利用相干检测机制，具有更高的灵敏度和抗干扰能力，能够同时获取多普勒信息，对外部非相干光源（如其他车辆的激光信号）具备天然的抗串扰优势。
串扰现象的产生机制
随着激光雷达搭载车辆数量的增加，串扰问题愈发显著。所谓串扰，是指激光雷达误将其他雷达发出的信号识别为自身回波，从而导致感知数据错误。
TOF激光雷达发射的激光脉冲在空间中传播时，可能与其他车辆的脉冲交叉反射或漫反射，被误认为是自身回波。由于其主要依赖时间差和脉冲形状来判断目标位置，缺乏额外的鉴别手段，因此极易误判。这种情况可能导致测距错误、点云丢失或虚假点云生成。
在多车密集行驶的场景中，尤其在夜间或长距离视野良好的情况下，串扰现象更加明显。此外，同一车辆上多个TOF模块之间的干扰也不容忽视。例如，当A模块的激光经漫反射进入B模块的视场，或B模块在A模块发射后仍处于接收状态时，串扰便难以避免。相比之下，FMCW激光雷达由于其相干检测特性，对这种类型干扰具有天然抑制能力，但其抗扰效果仍受具体实现和硬件设计的影响。
TOF激光雷达的抗串扰技术手段
为应对串扰问题，TOF激光雷达采用多种技术手段，核心目标是为每个脉冲赋予“身份标识”或通过时间控制进行识别。
脉冲编码（编码发射）是其中一种常见策略。通过对每帧激光脉冲施加特定编码，接收端通过解码运算仅识别与自身发射编码匹配的回波。该方法可有效降低误判概率，尤其在高密度应用场景中具有优势。但编码方式会引入额外的信噪比损耗，并可能影响测距能力，因此需在编码长度、发射功率和探测器积分时间之间进行权衡。
时间复用与接收门控是另一种常见方案，通过错开不同激光雷达模块的发射时间，或在预期回波到达时间窗口内才开启接收器，可以显著减少干扰。该方式对同一车辆上的多个TOF单元尤其有效，但依赖高精度时钟同步和硬件支持，存在一定实现难度。此外，若目标距离超出预期或反射路径异常，回波可能落在接收窗口之外。
另一种简单方式是采用随机化发射时序或在帧结构中引入时间抖动。该策略通过打破周期性发射模式，将固定节奏的干扰转化为随机噪声。其优点在于实现简便，但无法根本区分外来回波，仅能在概率上缓解冲突，对高密度场景效果有限。
在光学与硬件层面，还可以通过使用窄带滤波器、提升光学方向性设计、物理遮挡等方式抑制串扰。例如，窄带滤波器可有效滤除环境光和非目标频段信号，但在同频段干扰存在时效果受限；光学方向性设计则可能影响探测视场。
FMCW激光雷达的抗串扰优势
FMCW激光雷达因其依赖相干检测机制，在识别自身回波方面具有天然优势。只有与本地参考光相干的信号才能产生稳定拍频，因此非相干信号（如其他车辆的脉冲激光）通常无法通过检测。这使其在抗串扰性能上优于传统TOF方式。
尽管FMCW激光雷达在抗干扰方面表现优异，但其尚未成为主流，主要受限于硬件复杂度与成本。实现FMCW系统需具备高质量调频光源和稳定本地振荡器，相干检测对相位噪声也更为敏感。此外，该技术的测距与测速信息耦合，增加了算法复杂度。对于追求大规模商业落地的车企而言，成本和算法复杂度是不可忽视的因素。
软件层面的辅助措施与传感器融合
无论是TOF还是FMCW，软件设计都是提升抗串扰能力的重要补充。通过点云级异常点检测、时间一致性校验、多帧验证机制，可以在后期处理中剔除孤立的虚假点。
以多传感器融合为例，激光雷达数据可结合摄像头、毫米波雷达、IMU/GNSS等传感器信息，对疑似虚假点进行交叉验证。例如，若激光点云中出现孤立点，且在摄像头中未观测到对应物体，可将其标记为低可信度点。
此外，基于机器学习的方法也被用于识别和抑制由串扰产生的伪点。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，可有效降低误检率。但该方法依赖大量高质量训练数据，并需避免将真实小目标误判为串扰。
总结
激光雷达的串扰问题随着部署密度的增加而愈加突出。TOF激光雷达因依赖脉冲测距机制而更容易受到干扰，FMCW激光雷达则在抗串扰方面更具天然优势，但其硬件复杂度与成本较高。未来，通过硬件优化、软件算法改进以及多传感器融合，有望进一步缓解串扰问题，提升激光雷达在复杂环境下的可靠性。
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原文标题：激光雷达为什么会出现串扰的问题？