一. 定义与原理：
调频连续波FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) 是一种基于相干检测技术的高阶感知方案。不同于传统 ToF（飞行时间法）通过脉冲“打表计时”，FMCW 发射的是频率随时间受控变化的连续激光束。它利用波的干涉原理，测量回波与当前发射信号之间的频率差（即差拍频率），从而实现对目标距离与速度的同时探测。

图1：FMCW原理示意图

如上图所示，FMCW的工作原理为激光器输出约 200 THz 的线性调频光载波，经耦合器分为发射光（Tx）和本振光（LO）。Tx 光照射目标并反射形成回波光（Rx），Rx 与 LO 在耦合器（光学混频器）中相干混频。由于存在频差，干涉后的合成光光强以 < 500 MHz 的差频周期性起伏；随后，光电探测器将这一光强变化直接转换为同频的差拍电信号。

二、距离与速度的计算

图2：FMCW距离与速度的计算

（图像来源：https://www.indie.inc/wp-content/uploads/2025/01/IND-0124-Microtech-Ventures-Whitepaper-LiDAR.pdf）

距离计算（$r$）：
光往返雷达与目标的总时间为 $\Delta t$，单程时间为 $\Delta t/2$；结合光速 $c$（约 $3 \times 10^8 \, \text{m/s}$），目标距离计算公式为： $$r = \frac{\Delta t}{2} \times c$$

速度计算（$v$）：
目标与雷达的相对运动产生多普勒频移 $f_d$，结合光的波长 $\lambda$，目标相对速度计算公式为： $$v = \frac{f_d \times \lambda}{2}$$

三、 调制范式：
FMCW 的核心在于对激光频率的主动调制。根据应用场景需求，发射频率可按特定函数规律上下移动，形成不同的波形：

• 正弦波 (Sine Wave)： 频率平滑过渡。常用于近距离精密传感器，能有效减少高频谐波干扰。
• 方波 (Square Wave/FSK)： 在离散频率间快速切换。主要用于简化数字处理流程或特定场景的身份识别。
• 三角波 (Triangle Wave)： 频率对称升降。通过对比上升段与下降段的频移，可解耦出距离与速度，是车载 4D 激光雷达的主流选择。
• 锯齿波 (Sawtooth Wave)： 频率单向线性扫描。结构最简，适用于基础测距，但在高动态场景下存在速度模糊。

（图像来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Square_wave_(waveform)#/media/File:Waveforms.svg）