多线激光雷达时分、频分、空分、码分抑制线束间串扰背景定义激光雷达线数是垂直方向上多路独立激光器每一路对应一条探测线束。若多路激光器同时发光回波光经目标漫反射、光学内部串扰接收端 APD/SPAD 无法区分回波来自哪一路激光器造成测距错乱、产生大量噪点。借鉴通信领域四大复用思想实现多路线束信号隔离下面分别阐述原理、雷达内部实现、优缺点、工程落地情况适配江苏省双创团队项目申报材料。一、时分复用 TDMTime‑Division Multiplexing产业主流方案原理把探测时间轴切分为大量纳秒‑微秒级的时间时隙不同垂直线束的激光器分配不同的发射时隙分时顺序发射同一时刻最多只有一路或者一组激光器发光。FPGA 主控严格记录哪个时隙对应哪一路 LD 发射TDC 记录回波到达时刻把回波归属到对应时隙对应的线束通道从时间维度把各路信号隔离开从根源消除线束内部串扰。通俗类比同一间教室不同学生轮流发言不同时间片分配给不同人不会说话互相打架。多线雷达内部实现32/64/128 线雷达不会所有 LD 同一时刻点火FPGA 按序列依次触发各路 LD相邻通道发射间隔几十几百 ns虽然是分时发射但是时隙间隔远小于扫描旋转周期对点云输出帧率几乎没有影响对外感知近似 “同时扫描”配合接收门控只有对应线束发射之后的回波时间窗口才打开该通道接收电路其余时间关闭接收进一步抑制串扰部分方案采用分组分时把 128 路分为多组组内分时组间可以并行平衡点频与串扰风险。优点技术成熟、硬件简单绝大多数机械旋转多线雷达采用该方案不需要改动光学、探测器仅靠 FPGA 时序逻辑即可实现内部线束之间串扰抑制效果非常可靠。缺点受最大脉冲重频限制线束越多单角度位置需要的时隙越多会限制整机最大点频只解决雷达本机内部多路线束干扰不能解决外部其他雷达的干扰需要极高精度 FPGA 时序控制时隙偏移会造成通道归属错误。工程现状产业化落地最广泛禾赛、速腾、Velodyne 多线雷达均以时分复用为基础架构。二、空分复用 SDMSpace‑Division Multiplexing光学物理隔离原理利用空间、光路、视场的物理隔离实现多路线束信号分离。不同激光器光束的发射光路、接收视场、探测器光敏面在空间上互相独立一路线束的回波只会落到对应通道的接收探测器上不会串入其他线束接收通道同一时刻允许多路线束同时发光。通俗类比很多独立的话筒每个话筒只听对应位置的人说话物理空间分开大家可以同时讲话互不干扰。多线雷达内部实现两层含义发射端空分多路 LD 在垂直方向物理排布发射透镜把每一路光束投射到不同垂直俯仰角光束在空间传播路径相互分离接收端空分核心接收光学系统把不同垂直角度的回波光严格成像到不同 APD/SPAD 探测器像元不同线束对应独立的接收光敏单元光学光阑、遮光隔板阻挡光束的内部漫反射、光学串光。理想空分下多路 LD 可以真正同时并发发射脉冲不需要分时获得更高点云输出速率。优点可多路线束真正并行发射点频高不占用时间资源硬件层面阻断通道串扰根源。缺点对光学设计、装配公差要求极高一旦装配偏移光束发生串光会直接产生严重内部串扰体积、成本上升多线数128 线接收探测器阵列的加工难度显著提升仅抑制本机内部线束串扰不能解决外界其他雷达的干扰。工程现状所有多线雷达都会做基础的空分光学隔离纯空分并发多用于 SPAD 面阵 Flash 雷达传统机械多线雷达一般空分为基础 时分复用配合使用双重保障不会只依靠空分。三、频分复用 FDMFrequency‑Division MultiplexingFMCW 激光雷达主流脉冲 dToF 极少使用原理给不同垂直线束分配不同光频光波长 / 调制频率每一路激光器使用独特的光频率接收端通过光学滤波或者相干混频按频率筛选只提取本通道对应频率的回波信号滤除其他线束信号实现同一时刻多路并行工作。通俗类比收音机不同电台占用不同频率同时广播靠滤波器选出自己需要的电台。雷达内部实现FMCW 调频连续波激光雷达每一路发射不同调频斜率 / 光中心频率接收端做相干外差混频只有同频率的回波才产生有效中频信号其余线束信号直接被滤除传统脉冲 dToF 脉冲激光雷达几乎不使用光频分复用905nm 激光器波长调谐难度、成本很高。优点多路线束可完全同时并行发射时间资源不被占用抗干扰能力强不仅抑制本机线束串扰同时对外部雷达干扰有很强免疫力。缺点硬件复杂度高需要可调谐激光器、相干接收模块成本高传统脉冲 dToF 多线雷达极少采用主要用于 FMCW 体制雷达。工程现状脉冲多线 dToF 雷达几乎不用是下一代 FMCW 激光雷达的核心多路隔离手段。四、码分复用 CDM / CDMACode‑Division Multiplexing脉冲编码原理每一路垂直线束分配一组独一无二的正交伪随机脉冲编码序列发射时不是单个脉冲而是发射一组带专属编码的脉冲串接收端做相关解码运算只有和本机通道编码完全匹配的回波才判定为有效信号其他线束或者外部雷达的编码和本机不相关直接被当作噪声过滤同一时间允许多线束同时发光。通俗类比多人同时说话但每个人使用一套专属密码接收方只听得懂自己的密码其他所有人的声音直接忽略。多线雷达内部实现FPGA 为每一路垂直线束 LD生成独立正交脉冲编码序列发射端按照编码序列控制激光器输出一串脉冲接收端采集回波波形做数字相关运算只有高相关峰才判定为本通道有效回波拒绝其他线束编码的回波信号。优点多路线束可以同一时刻并行发光不消耗时间时隙资源双重收益既解决雷达本机内部多线束串扰同时还能抵抗外部其他激光雷达的干扰非常适合多雷达共存场景。缺点发射脉冲变成脉冲串同等峰值功率条件下单脉冲能量被分散会降低最大测距想要维持测距需要提升总发射功率FPGA 算力开销显著增加每一路通道都需要做实时相关解码正交编码设计难度大码间会存在部分互相关泄露不能 100% 完全消除串扰。工程现状传统机械多线雷达很少单独使用码分复用新一代 SPAD dToF 雷达会把码分复用作为辅助抗干扰手段配合时分 / 空分一起使用不会单独依靠码分解决内部线束串扰。五、四大技术对比汇总表可直接用于申报材料表格技术隔离维度是否可多路同时发光主要适用雷达体制核心优势主要短板时分复用 TDM时间时隙❌同一时刻仅单组通道发射脉冲 dToF 机械多线雷达16‑128 线技术成熟实现简单内部串扰抑制可靠点频受时隙限制无法抵抗外部雷达干扰空分复用 SDM光学空间视场✅支持同时并发全部多线雷达光学基础、Flash‑SPAD 雷达并行能力强硬件阻断串扰来源光学装配要求极高成本高频分复用 FDM光频率 / 调制频率✅支持同时并发FMCW 调频连续波雷达并行度高同时抗内部 外部干扰硬件复杂、成本高脉冲 dToF 难以落地码分复用 CDM正交编码序列✅支持同时并发新一代 SPAD dToF 雷达同时抑制内部线束串扰与外部雷达干扰算力开销大会牺牲测距性能六、产业实际工程组合方案重点双创项目可引用现实量产多线激光雷达几乎不会单独使用某一种技术采用组合架构时分复用为主 空分复用作为光学基础码分 / 频分作为增强抗干扰补充传统机械旋转多线 dToF 雷达32/64/128 线空分光学分离各路光束与探测器 时分复用FPGA 分时点火 LD是行业主流组合彻底解决本机内部线束之间互相串扰新一代 SPAD 固态 dToF空分做光学隔离可叠加码分复用编码兼顾内部通道隔离 多设备环境抗干扰FMCW 雷达空分 频分复用实现多路并行探测。关键区分时分 / 空分重点解决雷达本机内部不同垂直线束之间的互相干扰码分、频分除了解决内部串扰还可以抑制外部其他激光雷达设备带来的干扰