自動(dòng)駕駛毫米波雷達(dá)之間會(huì)相互干擾嗎？

[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，交通環(huán)境感知技術(shù)（包括毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭等）日益成為自動(dòng)駕駛的核心組成部分。在這些傳感器中，毫米波雷達(dá)因其全天候、高精度、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛和高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)。近年來，量產(chǎn)車型上毫米波雷達(dá)的裝配率不斷提高，小鵬P7就配備了5顆毫米波雷達(dá)，理想ONE（參數(shù)丨圖片）配備了4顆毫米波雷達(dá)，而華為支持的極狐阿爾法S高階版更是搭載了6顆毫米波雷達(dá)。車輛越多、雷達(dá)部署越密集，毫米波頻段的電磁信號(hào)越趨“擁擠”，這就帶來了雷達(dá)互相干擾的潛在風(fēng)險(xiǎn)。在之前和大家討論激光雷達(dá)是否會(huì)相互干擾時(shí)，就有小伙伴提問毫米波雷達(dá)之間是否會(huì)相互干擾，今天智駕最前沿就和大家聊聊這個(gè)話題。

毫米波雷達(dá)的工作原理

在聊毫米波雷達(dá)是否會(huì)相互干擾前，我們先了解下毫米波雷達(dá)是如何工作的。毫米波雷達(dá)其實(shí)是一種利用高頻電磁波來測(cè)量周圍目標(biāo)的傳感器。它通過天線發(fā)射毫米波（波長(zhǎng)通常在1 mm～10 mm），然后接收目標(biāo)反射回來的回波信號(hào)。雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)發(fā)射脈沖和接收回波之間的時(shí)間差來計(jì)算目標(biāo)與車輛之間的距離；如果目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)，反射波的頻率會(huì)發(fā)生多普勒偏移，雷達(dá)也能據(jù)此測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)速度和行駛方向。經(jīng)過處理后，毫米波雷達(dá)可以快速獲取汽車包括障礙物的位置、速度、角度等周圍環(huán)境信息。與攝像頭不同的是，毫米波雷達(dá)幾乎不受光照和天氣影響，即使在夜間、雨雪、霧霾等惡劣條件下也能穩(wěn)定工作。

多車環(huán)境下可能產(chǎn)生的雷達(dá)干擾現(xiàn)象

先說結(jié)論，當(dāng)?shù)缆飞隙噍v自動(dòng)駕駛汽車同時(shí)運(yùn)行、各自發(fā)射毫米波信號(hào)時(shí)，還真會(huì)出現(xiàn)雷達(dá)互相干擾的情況。這些干擾可分為兩類，即雜波（拒絕式）干擾和欺騙式干擾。

雜波干擾指的是一個(gè)雷達(dá)接收到了其他雷達(dá)發(fā)射的強(qiáng)信號(hào)，從而提高了本底噪聲。如當(dāng)兩輛車迎面而行時(shí)，如果它們的雷達(dá)信號(hào)在時(shí)間上不重疊但處于同一頻段，強(qiáng)烈的干擾信號(hào)就會(huì)抬高受害雷達(dá)的噪聲底線，導(dǎo)致一些小目標(biāo)（雷達(dá)散射截面小的物體）消失在噪聲中。

那什么是欺騙式干擾呢？如果兩個(gè)雷達(dá)的波形恰好在時(shí)間上同步，但存在微小的延遲，就會(huì)在一定的距離處產(chǎn)生欺騙性假目標(biāo)，使雷達(dá)認(rèn)為前方有一個(gè)并不存在的障礙物。此外，在密集路況下，多個(gè)雷達(dá)工作頻帶重疊也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)疊加，使雷達(dá)產(chǎn)生誤判或漏判。總之，多車環(huán)境下的雷達(dá)干擾包括底噪抬升、虛假回波和重疊信號(hào)等現(xiàn)象，這些都可能讓雷達(dá)誤把其他車輛的信號(hào)當(dāng)成目標(biāo)回波或忽略真實(shí)目標(biāo)。

干擾會(huì)帶來什么問題？

雷達(dá)干擾會(huì)直接影響自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的判斷能力。由于噪聲抬升或假目標(biāo)的出現(xiàn)，雷達(dá)可能漏檢真實(shí)障礙物，也可能對(duì)虛假目標(biāo)作出反應(yīng)。具體表現(xiàn)在幾個(gè)方面，車輛對(duì)真實(shí)車輛、行人或障礙物的探測(cè)距離變短，動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍縮小；同時(shí)出現(xiàn)誤報(bào)警或忽警的情況。這些干擾將嚴(yán)重降低系統(tǒng)的可靠性和安全性。就曾有一項(xiàng)測(cè)試，研究人員利用干擾設(shè)備干擾特斯拉汽車前向雷達(dá)，使車輛在距離一堆泡沫障礙物約5米時(shí)“看不見”前方物體，沒有及時(shí)剎車而加速撞上了障礙物。該事件表明，一旦雷達(dá)喪失目標(biāo)感知能力，自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)就可能失靈，帶來嚴(yán)重的安全隱患。

當(dāng)前主流廠商的應(yīng)對(duì)方案

針對(duì)毫米波雷達(dá)互相干擾的問題，芯片廠商和整車廠商已經(jīng)提出了多種緩解策略。一種常用做法是在發(fā)射參數(shù)上隨機(jī)化，比如隨機(jī)改變雷達(dá)的啁啾信號(hào)斜率或起止頻率，以減少不同車輛雷達(dá)信號(hào)偶然同步的概率；還可以對(duì)可用頻譜進(jìn)行分配，使周圍雷達(dá)盡量在不同頻率段工作。在硬件上，使用更窄的天線波束和電子掃描也能降低干擾風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檎ㄊ鴷?huì)減少接收到旁瓣干擾的機(jī)會(huì)。在信號(hào)處理方面，也在利用高級(jí)算法來識(shí)別和去除干擾。如短時(shí)傅里葉變換（STFT）等時(shí)頻分析方法可以將雷達(dá)回波分解到時(shí)頻域，從而更容易濾除快速變化的干擾信號(hào)；而對(duì)發(fā)射的FMCW波形進(jìn)行相位編碼可以利用獨(dú)特的碼序特征來抑制假目標(biāo)，使雷達(dá)對(duì)欺騙式干擾具有更強(qiáng)的抵抗力。除此之外，車載雷達(dá)系統(tǒng)通常與攝像頭、激光雷達(dá)等傳感器融合使用，當(dāng)雷達(dá)數(shù)據(jù)不確定時(shí)可以借助其他傳感器進(jìn)行交叉驗(yàn)證，從而提升整體感知的魯棒性。

國(guó)內(nèi)外廠商也在積極布局更高性能的毫米波雷達(dá)以提升抗干擾能力。特斯拉在其HW4.0硬件平臺(tái)中重新加入了高精度4D成像毫米波雷達(dá)，以增強(qiáng)對(duì)障礙物的識(shí)別能力。國(guó)內(nèi)諸如小鵬、理想、蔚來等車型已經(jīng)普遍采用多顆雷達(dá)的組合方案提升環(huán)境感知。此外，還有越來越多包括大陸、采埃孚、博世、安波福等傳統(tǒng)Tier1，以及Waymo、Mobileye、華為等自動(dòng)駕駛解決方案提供商等推出4D毫米波雷達(dá)產(chǎn)品（如華為4D成像雷達(dá)采用12T24R陣列，可實(shí)現(xiàn)高分辨率廣視角探測(cè)），從而確保感知的精確性。還有很多研究提議通過標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議或車載通信，使雷達(dá)傳感器之間實(shí)現(xiàn)時(shí)序或頻率的協(xié)調(diào)，甚至將雷達(dá)與5G/6G通信功能融合，使車輛之間共享傳感信息來避免互相干擾。

未來展望

未來，毫米波雷達(dá)技術(shù)將繼續(xù)向4D成像方向發(fā)展，并與其他傳感器協(xié)同工作。一方面，4D毫米波雷達(dá)在傳統(tǒng)三維信息（距離、方位、速度）的基礎(chǔ)上增加了高度維度，可以輸出類似激光雷達(dá)的點(diǎn)云信息。與激光雷達(dá)相比，4D毫米波雷達(dá)成本更低，且同樣具有全天候工作能力（能夠穿透雨、雪、霧霾），因此被視為能在更多場(chǎng)景下補(bǔ)充激光雷達(dá)的短板。另一方面，無論是頂級(jí)車企還是研究機(jī)構(gòu)，都認(rèn)為未來多傳感器融合才是主流方向。毫米波雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)各有優(yōu)劣，攝像頭可識(shí)別色彩與紋理，毫米波雷達(dá)在惡劣天氣下穩(wěn)定可靠，激光雷達(dá)提供高密度點(diǎn)云。幾種傳感器組合使用，能夠相互補(bǔ)充。就有分析認(rèn)為毫米波雷達(dá)雖然可以生成點(diǎn)云，但分辨率目前還難以與高線束激光雷達(dá)相比；因此毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)更可能互為補(bǔ)充，共同提升自動(dòng)駕駛的安全性。總之，隨著4D毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭等傳感器技術(shù)的共同進(jìn)步，以及計(jì)算能力和算法的提升，未來自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的環(huán)境感知將更加精準(zhǔn)可靠。

最后的話

毫米波雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛汽車的關(guān)鍵傳感器，具有全天候、精準(zhǔn)測(cè)距和速度測(cè)量的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在大量自動(dòng)駕駛車輛同時(shí)運(yùn)行的場(chǎng)景中，毫米波雷達(dá)之間的互相干擾問題確實(shí)存在，這可能導(dǎo)致目標(biāo)探測(cè)失敗或虛假目標(biāo)出現(xiàn)，從而影響系統(tǒng)安全。隨著毫米波雷達(dá)技術(shù)（如4D成像雷達(dá)）的升級(jí)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，多車環(huán)境下的雷達(dá)干擾風(fēng)險(xiǎn)將被進(jìn)一步降低。可以預(yù)見，在自動(dòng)駕駛普及進(jìn)程中，毫米波雷達(dá)依然會(huì)發(fā)揮重要作用，其干擾問題雖不容忽視，但通過技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)協(xié)作是可以有效控制的。