當(dāng)前位置：首頁?>?科技創(chuàng)新?>?創(chuàng)新動態(tài)
“答”人 | 封治華
中國電科27所
研究員，長期從事光電探測、新體制激光雷達(dá)、硅基光電子集成及多光譜光電融合感知技術(shù)
Q：
自動駕駛都用激光雷達(dá)，等以后自動駕駛車多起來了，路上的激光雷達(dá)會不會相互干擾？
? ? ? ?
? ? ? ?A：
先給大家吃顆定心丸，激光雷達(dá)之間的干擾在物理意義上真實(shí)存在，但在今天量產(chǎn)的自動駕駛車上，已被系統(tǒng)性抑制，不會影響行車安全，大可放心！
知其然還要知其所以然，要了解為啥不會互相干擾，得先明白——
QUESTION?ONE
激光雷達(dá)為什么會被干擾？
目前 95% 的車載激光雷達(dá)采用的都是脈沖TOF方案，即發(fā)射一束激光→打到物體反射→接收端計(jì)時(shí)→算出距離。所謂的“干擾”，就是別人的激光光子，被我的雷達(dá)當(dāng)成了自己的回波。
而且這種“干擾”必須滿足三個(gè)條件：
1. 波長相近。量產(chǎn)的激光雷達(dá)只有 905nm（主流家用車）和 1550nm（高端車型）兩種波長，只有同波段才能互相進(jìn)入對方光學(xué)系統(tǒng)，不同波段是互不干擾的。
2. 脈沖時(shí)序撞上。早期便宜的激光雷達(dá)，激光發(fā)射節(jié)奏是固定不變的。當(dāng)多輛車離得很近時(shí)，一輛車發(fā)射的激光會被旁邊車輛的雷達(dá)收到。外來激光到達(dá)接收器的時(shí)間，剛好和雷達(dá)等待自身反射光的時(shí)間重合，設(shè)備分辨不出是誰的激光，從而錯(cuò)誤識別出前方有障礙物。我們之前在實(shí)驗(yàn)室用這樣便宜的激光雷達(dá)做過實(shí)測，8 臺無抗擾雷達(dá)對射，干擾概率可達(dá) 60% 以上。
3. 光線直接或間接射入。直射干擾，例如在等紅燈會車時(shí)，兩車?yán)走_(dá)會有正對的情況，這時(shí)干擾最強(qiáng)；散射干擾，激光打到地面、車身、水霧反射后進(jìn)入，這種干擾強(qiáng)度弱得多。
簡單說就是當(dāng)自動駕駛車的激光雷達(dá)有同波段、近距離、正對等情況出現(xiàn)，才會明顯被“干擾”。
所以——
QUESTION?TWO
為什么現(xiàn)在滿街自動駕駛車裝載激光雷達(dá)，卻很少出問題？
因?yàn)楝F(xiàn)在的自動駕駛車早已不是早期原型機(jī)，我們用了五層抗干擾體系把干擾給鎖死了，咱們一層一層展開講講：
1. 光學(xué)硬件隔離，這是最基礎(chǔ)的第一道物理防線。雷達(dá)內(nèi)置窄帶濾光鏡片，只允許自身波長的光線通過，把日光、各類車燈等無關(guān)雜光阻擋在外。同時(shí)它發(fā)射的光束十分狹窄，不管是?MEMS?還是固態(tài)激光雷達(dá)，光束發(fā)散角度僅有 0.1 度左右，類似激光筆定向發(fā)射，很難意外照射到其他車輛的雷達(dá)設(shè)備。除此之外探測器還擁有自適應(yīng)識別能力，會自動忽略能量較弱的干擾光線，優(yōu)先捕捉物體反射回來的有效強(qiáng)光信號。
2. 時(shí)序控制，是TOF激光雷達(dá)非常關(guān)鍵的抗干擾手段。雷達(dá)運(yùn)用接收門控技術(shù)，在發(fā)射激光之后，只會根據(jù)目標(biāo)距離，開啟一段極短暫的信號接收窗口。舉個(gè)例子，如果要探測 150 米外的物體，結(jié)合光速計(jì)算，設(shè)備僅僅會在發(fā)射激光后大約 1 微秒的時(shí)間段內(nèi)接收信號，其余時(shí)間接收器保持關(guān)閉，外來干擾激光很難恰好落入有效接收時(shí)段。雷達(dá)還會給激光發(fā)射時(shí)刻加入隨機(jī)偏移，也就是脈沖時(shí)序隨機(jī)抖動，讓不同車輛雷達(dá)的發(fā)光時(shí)間互相錯(cuò)開，避免周期性脈沖持續(xù)發(fā)生沖突。配備相同方案的雷達(dá)還能夠借助時(shí)鐘同步技術(shù)，錯(cuò)開發(fā)射時(shí)機(jī)，避免周期性脈沖持續(xù)碰撞；同一品牌雷達(dá)還可以支持?PPS 時(shí)鐘同步，錯(cuò)開發(fā)射相位，進(jìn)一步降低相互干擾的概率。
3. 信號編碼，給每束激光配備專屬身份標(biāo)識，也是當(dāng)前量產(chǎn)車載激光雷達(dá)最核心的抗干擾技術(shù)，已得到廣泛使用。設(shè)備采用偽隨機(jī)編碼技術(shù)，每一臺雷達(dá)發(fā)出的激光都帶有獨(dú)有的信號序列，一旦檢測到編碼不匹配的光線，會直接丟棄不予識別。同時(shí)，雷達(dá)支持動態(tài)跳頻，每秒可以上萬次切換發(fā)射頻率，防止長期和其他雷達(dá)處于相同頻率而持續(xù)產(chǎn)生干擾。實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，增加信號編碼之后，干擾形成的虛假點(diǎn)位能夠減少九成以上，并且測距精度幾乎不會受到影響。
4. 點(diǎn)云算法，最后一道“凈化關(guān)卡”。即便少量干擾突破前面多層防護(hù)，算法也能夠快速區(qū)分真?zhèn)文繕?biāo)。真實(shí)障礙物出現(xiàn)在連續(xù)多幀畫面中，位置、輪廓大小的變化連貫平緩；而干擾生成的虛假點(diǎn)位雜亂無章，只會零散隨機(jī)閃現(xiàn)。算法能夠在單幀數(shù)據(jù)處理過程中直接清除這類干擾點(diǎn)，不會把錯(cuò)誤信息傳遞給整車控制系統(tǒng)。
5.?多傳感器融合，整套感知系統(tǒng)終極的安全冗余保障。激光雷達(dá)從不是單獨(dú)的感知系統(tǒng)，整車需依靠毫米波雷達(dá) + 攝像頭 + 激光雷達(dá)三重校驗(yàn)。如果激光雷達(dá)識別前方存在障礙物，但毫米波雷達(dá)沒有探測到對應(yīng)距離目標(biāo)，攝像頭畫面中也找不到匹配物體，整車感知系統(tǒng)就會判定這屬于干擾造成的誤報(bào)警，不會發(fā)起剎車、避讓等車輛操控指令。即便遇到極端情況，激光雷達(dá)受強(qiáng)烈干擾短暫無法正常工作，毫米波雷達(dá)和視覺攝像頭依舊可以持續(xù)穩(wěn)定識別道路目標(biāo)，不會出現(xiàn)感知盲區(qū)，完全符合 ISO26262 功能安全 ASIL-B/D 等級相關(guān)要求。
結(jié)論
激光雷達(dá)之間確實(shí)會互相照，但量產(chǎn)車早已配備了5層“鎧甲”，包括專屬身份證（編碼）+時(shí)間隔離（時(shí)序）+專屬顏色濾鏡（光學(xué)）+ 智能識別大腦（算法）+ 三重交叉驗(yàn)證（融合）。所以，干擾確實(shí)存在 → 但被完全抑制 → 不會影響安全 → 你完全不用焦慮。
END
電科“答”人欄目
長期面向全系統(tǒng)科研工作者征稿
期待您對每一個(gè)理性提問客觀、認(rèn)真作答
與大家一起深度探討、交流新知
傳遞一代代電科人自立自強(qiáng)的報(bào)國初心
