无人驾驶汽车激光雷达脉冲信号抗干扰技术研究

前言

无人车在行驶过程中需实时获取并处理周围环境信息。相较于无人驾驶技术中的其他传感器，激光雷达具备更远的探测距离和更高的精度，因此谷歌、百度、Uber 等主流无人车研发团队均选择激光雷达作为环境感知与定位的核心传感器，并结合图像识别等技术，实现对路况的精准判断。车载激光雷达作为无人车安全与智能性的重要保障，其运行稳定性至关重要。

一、车载激光雷达工作原理

汽车上的激光雷达采用激光脉冲作为工作介质来探测周围环境。它主要包括激光发射器、激光接收器、信号处理器和旋转装置。发射器发射短促快速的光脉冲，经由旋转装置扫描周围环境。当遇到障碍物反射后，接收器接收反射信息，根据发送和接收时间的差值，对距离进行准确测量，误差可达到厘米级；也可以结合多普勒效应，通过反射光信号频率的变化来获取物体的运动速度。因此，激光雷达能够以一定角度旋转的方式进行不间断扫描，每秒钟可输出数百万个测程点，并将测程点的集合经过加工后转换成车辆周边的三维立体环境图，从而为车载无人驾驶系统提供必要和有效的感知信息。

二、无人驾驶汽车车载激光雷达信号干扰类型

（一）多车协同场景下的同频互扰现象

随着智能网联车辆的迅速发展，路中多辆车都带有激光雷达传感器，并存的问题出现得越来越普遍，从而导致产生的串扰也越来越明显。当多个激光雷达传感器间距较小时，多辆车同时工作，各系统的发射光脉冲会出现时间、频率上的串扰现象。

（二）人为恶意干扰与信号欺骗攻击

人为攻击会使得自动驾驶的安全度恶化，主要分为两个方向：一是通过破坏物理设备制造幻象；二是通过对通讯协议中的漏洞进行修改进行攻击。第一种情况是攻击者能以某种光谱发出高能量激光，使接收端产生过载效应或错误的反馈信息。第二种情况是模拟周围环境反射特点，创造类似“鬼影”的虚拟障碍物，误导整个系统工作。还有一种情况是通过篡改激光雷达的通讯协议，向其注入恶意指令或修改点云信息。

（三）复杂电磁环境下的交叉干扰效应

现代城市环境中密集分布的各类光电设备构成了复杂的电磁干扰源，对车载激光雷达产生多维度影响。主要干扰源包括：交通监控用的激光测速仪、安防系统的激光对射装置、工业设备的激光定位器等，这些设备的工作波段可能与车载激光雷达重叠。交叉干扰的特殊性在于其信号特征与车载雷达差异较大但又有部分相似性，传统滤波方法难以完全消除。

三、无人驾驶汽车车载激光雷达抗干扰技术对策研究

（一）多车防干扰编码方案

在城市道路环境中，随着配备激光雷达的无人驾驶车辆数量不断增加，多车之间的信号干扰问题日益凸显。这种干扰类似于在嘈杂的餐厅里，多人同时说话会造成相互干扰。为了解决这个问题，工程师们开发了一套智能编码系统，为每辆车的激光雷达赋予独特的信号特征。

这套系统的工作原理类似于给每辆车分配专属的“信号身份证”。在时间维度上，各车辆采用不同的脉冲发射节奏，就像错开说话的时机。在空间维度上，每辆车的扫描路线都经过特别设计，避免与其他车辆完全重叠。在光谱维度上，不同车辆使用略有差异的激光波长，就像使用不同颜色的信号灯。实际应用中，这些车辆会通过车载通信网络实时交换各自的编码信息。当系统检测到潜在干扰时，会自动调整编码参数，确保始终处于最佳工作状态。这种动态调整机制让整个车队的激光雷达能够和谐共处，就像交响乐团中不同乐器按照乐谱协调

演奏。

（二）智能防黑客保护系统

无人驾驶汽车的激光雷达系统面临着各种潜在的安全威胁，恶意攻击者可能试图干扰或欺骗传感器。针对这些威胁，研发人员设计了一套多层次的智能防护体系，就像为车辆建立了一个全方位的“数字免疫系统”。

这套防护体系的核心是一个持续运转的安全监控网络。硬件层面配备了自适应光强调节器，能够自动过滤异常强光信号。软件层面部署了先进的模式识别算法，24 小时分析激光信号的各项特征参数。这些算法经过大量真实场景数据的训练，能够准确识别出各种已知的攻击模式。系统安全机制采用了分布式验证架构，任何软件更新都需要经过多重加密认证。激光雷达会与车载摄像头、毫米波雷达等传感器进行数据交叉验证，当发现信息矛盾时会立即启动安全协议。车辆之间还建立了安全信息共享网络，实时交换最新的威胁情报。

（三）智能环境适应系统

现代城市环境中充斥着各种电子设备产生的电磁信号，这些都可能对激光雷达造成干扰。为了让无人车在各种复杂环境下都能可靠工作，工程师们开发了具有环境自适应能力的智能系统。

这套系统具备实时环境感知功能，能够持续扫描周围的电磁频谱状况。当检测到干扰信号时，会自动分析干扰特征并评估影响程度。系统内置了智能决策模块，可以根据干扰情况选择最优应对策略。常见的应对方式包括自动切换工作频段、调整信号发射功率、改变扫描模式等。在干扰特别严重的区域，系统会启动多传感器协同工作机制。激光雷达会与视觉系统、毫米波雷达等其他传感器密切配合，通过数据融合确保环境感知的准确性。车辆之间还会通过专用通信网络交换环境信息，协调工作参数以避免相互干扰。这套智能系统让无人车就像经验丰富的老司机一样，能够从容应对各种复杂路况和环境挑战。

四、结语

激光雷达作为无人驾驶汽车环境感知的核心传感器，其抗干扰能力直接关系到行车安全。随着 5G 通信和人工智能技术的发展，未来激光雷达抗干扰技术将向着更智能、更协同的方向演进。建议行业加强标准化建设，推动多车协同抗干扰技术的实际应用，为无人驾驶的规模化商用奠定坚实基础。

参考文献：

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