[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號]在自動駕駛系統(tǒng)里，激光雷達被視為最重要的感知硬件，其通過激光探測前方路況的具體情況，并生成三維信息。正因為它看得“準”，圍繞激光雷達的技術(shù)路線一直是自動駕駛領(lǐng)域長期爭論的話題。其中ToF和FMCW這兩種測距方式常被拿來討論。它們都能讓激光雷達“看見”距離，但底層原理、性能邊界以及對自動駕駛系統(tǒng)的意義卻并不相同。

什么是ToF和FMCW？

自動駕駛系統(tǒng)中的激光雷達（LiDAR），本質(zhì)上是用光來感知周圍的世界。它不斷向周圍發(fā)射激光束，當激光遇到物體反射回來，系統(tǒng)接收這些回光，就能計算出物體的位置和距離。目前激光雷達最常見的兩種測距方式就是ToF（飛行時間法）和FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）。

ToF是一種基于時間測量的方法。它發(fā)射一束短暫的激光脈沖，然后精確計算這束光從發(fā)出到返回的時間，就可以探測障礙物的距離和位置。由于光速是已知的，根據(jù)時間差就能直接算出距離。這就像在山谷里大喊一聲，通過聽到回聲的時間來判斷山壁有多遠，只不過這里用的是光而不是聲音。

FMCW則采用了不同的思路，它不發(fā)射激光脈沖，而是持續(xù)發(fā)射頻率連續(xù)變化的激光。通過對比發(fā)射頻率和接收到的反射頻率之間的差異，不僅能計算出距離，還能直接獲取物體的速度信息。這種思路其實和車上常用的毫米波雷達類似，只不過將無線電波換成了激光。

這兩種技術(shù)為激光雷達提供了兩套不同的感知方案，一個靠測量時間，一個靠分析頻率，各有千秋。那么在實際的自動駕駛應(yīng)用中，它們誰更勝一籌？各自又有哪些優(yōu)勢和局限呢？

ToF激光雷達：成熟、簡單、但有明顯局限

目前，絕大多數(shù)商用自動駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）及部分自動駕駛方案采用的都是ToF激光雷達。這主要得益于該技術(shù)成熟度高、供應(yīng)鏈完善且成本相對較低。它的運作方式直觀，簡單概括就是發(fā)脈沖、測時間、算距離，系統(tǒng)硬件設(shè)計相對簡單，量產(chǎn)性能穩(wěn)定。這也是為什么很多車企現(xiàn)階段用的激光雷達都是ToF技術(shù)的原因。

ToF激光雷達的優(yōu)勢在于設(shè)計和制造難度相對較低，其核心的光源和探測器組件在業(yè)內(nèi)已經(jīng)非常成熟。它能實現(xiàn)較高的點云密度與分辨率，這對自動駕駛所需的環(huán)境精細感知至關(guān)重要。目前，市面上多數(shù)ToF激光雷達在測距能力、視場角、點云質(zhì)量等方面已能夠滿足自動駕駛系統(tǒng)的基本需求。特別是在成本與量產(chǎn)方面，ToF已形成成熟的供應(yīng)鏈，單價從早期的數(shù)萬元乃至更高，大幅降至幾百到幾千元級別，有力推動了自動駕駛傳感器的普及應(yīng)用。

簡單實用并不意味著完美，ToF激光雷達也存在很多問題。ToF激光雷達測距范圍與性能受到激光功率和人眼安全規(guī)范的限制。由于人眼安全標準嚴格約束了發(fā)射能量，主流ToF激光雷達多采用905納米波段的短脈沖激光，導(dǎo)致其在探測遠距離、低反射率物體（如黑色輪胎、遠處行人）時表現(xiàn)吃力。高階自動駕駛一般需要200米以上的有效探測距離以提升安全冗余，這對ToF系統(tǒng)而言并不容易實現(xiàn)。

ToF激光雷達還會出現(xiàn)所謂的“耀斑效應(yīng)”或光暈現(xiàn)象。當激光照射到高反射表面（如交通標志、反光背心）時，回波信號過強，容易使接收器飽和，從而淹沒其他真實信號，導(dǎo)致點云中出現(xiàn)局部失真或虛假數(shù)據(jù)。盡管可通過算法濾波進行緩解，但該問題難以根本消除。

此外，ToF系統(tǒng)在多個激光雷達同時工作的場景中，易受到相互間的干擾。尤其在車流密集時，其他車輛發(fā)射的激光脈沖可能引發(fā)誤檢測或噪聲。雖然已有編碼調(diào)制、頻率跳變等技術(shù)用于區(qū)分信號，但ToF在抗干擾能力上并不具備先天優(yōu)勢。

FMCW激光雷達：技術(shù)前沿的“潛力股”，但還沒真正全面成熟

相較于ToF，F(xiàn)MCW激光雷達則采用了另一種測距原理。它持續(xù)發(fā)射頻率隨時間規(guī)律變化的連續(xù)激光，通過比較發(fā)射信號與回波信號的頻率差異，不僅能計算出目標的距離，還能直接獲取其徑向速度。這項技術(shù)在雷達領(lǐng)域已應(yīng)用多年，但在激光雷達中仍屬較新的發(fā)展方向。

FMCW的一個顯著優(yōu)勢在于其天生具備測速能力，無需像ToF那樣依賴多幀點云對比來推算速度。這對自動駕駛感知意義重大，系統(tǒng)可在單次掃描中直接區(qū)分靜止與運動物體，并獲取精確的速度信息，從而為應(yīng)對行人、車輛等動態(tài)目標的快速接近提供更及時的數(shù)據(jù)支持。

此外，基于頻率調(diào)制的特性，F(xiàn)MCW在接收端可通過與本地參考信號進行混頻，實現(xiàn)對微弱回波信號的放大與提取。這種處理方式提升了系統(tǒng)對遠距離、低反射率物體的探測靈敏度。FMCW的信號處理方法本身還具有一定的抗干擾潛力，在應(yīng)對強光或其他光源干擾時會表現(xiàn)得更穩(wěn)定。

當然，與成熟的ToF方案相比，F(xiàn)MCW并不是那么容易落地。其系統(tǒng)構(gòu)成更為復(fù)雜，需要高度線性的頻率調(diào)制、精密的本地振蕩器以及復(fù)雜的模擬與數(shù)字信號處理鏈路。想要將其應(yīng)用到車端，這些組件不僅需滿足車規(guī)級可靠性與穩(wěn)定性要求，還要在大規(guī)模量產(chǎn)中保持一致性，實現(xiàn)難度和成本顯著高于ToF。

FMCW對信號處理的要求也更高。為準確提取距離與速度信息，系統(tǒng)需運行更復(fù)雜的算法，并依賴高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器與高性能處理單元，這不僅增加了硬件成本，也對功耗和散熱提出了更高要求。在車載資源受限且可靠性要求嚴苛的環(huán)境中，這些因素都影響著技術(shù)的實用化進程。

目前真正達到車規(guī)級量產(chǎn)、具備穩(wěn)定供應(yīng)能力的FMCW產(chǎn)品仍然寥寥。相關(guān)技術(shù)尚處于發(fā)展完善階段，供應(yīng)鏈體系與成本控制能力仍未完全成熟，因此短期內(nèi)難以全面替代ToF。

誰將贏得未來？

從前面的介紹中，其實已經(jīng)可以很明顯地得出ToF現(xiàn)階段更具優(yōu)勢的結(jié)論，那就聊聊未來誰會更具優(yōu)勢吧！之所以現(xiàn)階段大部分部署在生產(chǎn)車上的激光雷達采用ToF方案，是因為它更成熟、量產(chǎn)能力更強、成本更合理，足以支持大部分自動駕駛功能。車輛制造商和供應(yīng)鏈都對這種技術(shù)非常熟悉，這意味著它可以實現(xiàn)大規(guī)模部署。

FMCW激光雷達憑借其理論上的速度測量能力、對弱目標的敏感性以及潛在的抗干擾性能，在一些高端自動駕駛研發(fā)項目里受到關(guān)注。它更像是一種遠期愿景技術(shù)，未來隨著成熟度提升、生產(chǎn)規(guī)模放大后或?qū)⒅鸩竭M入市場。

未來可能出現(xiàn)的其實是一種分層感知架構(gòu)，ToF激光雷達負責(zé)常規(guī)三維感知任務(wù)，而某些高級自動駕駛平臺可能進一步結(jié)合FMCW激光雷達或類似技術(shù)來加強速度測量、性能冗余等功能。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢來看，沒有一種技術(shù)可以徹底“淘汰”另一種技術(shù)，更可能是融合與演進。ToF在短期內(nèi)依然是主流，而FMCW則有可能在一些高要求應(yīng)用或者結(jié)合更高集成水平的車載感知系統(tǒng)里發(fā)揮更大的作用。

總的來說，ToF激光雷達是目前自動駕駛感知的“主力軍”，因為它成熟、可靠、可量產(chǎn)，并且性能已經(jīng)能夠滿足絕大多數(shù)使用場景。FMCW激光雷達則代表了未來更高性能的方向，具有速度探測和潛在更強抗干擾的優(yōu)勢，但要真正覆蓋市場，仍待技術(shù)進一步成熟、成本持續(xù)下探與產(chǎn)業(yè)鏈全面完善。