Elektromagnetisk våginteraktionsmekanism och begränsningar av fysiska dimensioner
Den primära orsaken till glesheten hos millimetervågradarpunktmoln härrör från de grundläggande fysiska lagarna för vågoptik och elektromagnetism. Det vanliga arbetsfrekvensbandet för fordons-monterad millimetervågradar är 77 GHz till 79 GHz, och motsvarande våglängd är cirka 3,8 mm till 3,9 mm.
Enligt teorin om elektromagnetisk vågreflektion bestämmer objektytans relativa grovhet ekots egenskaper. När detekteringsvåglängden är mycket större än våglängden på objektytan, framstår ytan som en kvasi-spegelyta ur elektromagnetiska vågors perspektiv, och den resulterande reflektionen följer Snells lag, det vill säga infallsvinkeln är lika med reflektionsvinkeln.
I urbana vägscener är metallytorna på bilar, glasgardinväggar i byggnader och platta asfaltbeläggningar nästan alla "spegelytor" för millimetervågor med våglängder nära 4 mm.
Denna spegelreflektion gör att det mesta av den elektromagnetiska energin försvinner i en riktning bort från millimetervågsradarn-, med endast en mycket liten mängd energi som sänds tillbaka till den mottagande antennen genom diffraktion vid objektets kant, sekundär reflektion från hörnreflektorns struktur eller bakåtspridning från normal infallsvinkel.
Däremot är våglängden som används av lidar på nivån 905nm eller 1550nm, vilket är tre storleksordningar mindre än millimetervågor. Många objektytor är grova för laser och kan producera enhetlig diffus reflektion, vilket säkerställer att alla delar av objektytan kan reflektera ekopunkter.
Förutom skillnader i reflektionsmönster påverkar dielektriska konstanten och ledningsförmågan hos själva materialet även punktmolnets rikedom. Som en bra ledare har metall extremt hög reflektivitet för millimetervågor, så fordon, skyddsräcken och andra föremål kan bilda relativt stabila detekteringspunkter. För icke-metalliska mål som fotgängare vars huvudkomponent är fukt, är absorptions- och spridningsmekanismen för millimetervågor mer komplex.
Även om kolinnehållet i människokroppen gör den något reflekterande i millimetervågbandet, eftersom ytformen på människokroppen är extremt oregelbunden och inte har ett stort område med plan eller vinkelreflektionsstruktur, sprids energin lätt i flera riktningar, vilket gör att ekointensiteten fluktuerar våldsamt.
Vissa studier har gjort experiment på detta. Användningen av kol-belagda människokroppsmodeller kan simulera fotgängares reflektionsegenskaper. Men trots det, när fotgängarens lemmar är i en vinkel i förhållande till radarstrålen, kommer ett stort antal radiofrekvenssignaler att avledas istället för att returneras. Detta förklarar också varför fotgängares punktmoln i millimeters-vågradarvyn inte bara är gles utan också ofta saknade delar.
Begränsningarna för hårdvaruöppning och vinkelupplösning förvärrar ytterligare diskretiseringen av rumsuppfattning. Millimetervågradarns förmåga att särskilja intilliggande mål begränsas av antennens vinkelupplösning, som fysiskt bestäms av förhållandet mellan våglängd och antennens ekvivalenta apertur.
Begränsad av fordonets installationsutrymme kan den fysiska storleken på millimetervågsradarantenner inte utökas oändligt. Detta gör att den horisontella vinkelupplösningen för traditionella millimetervågsradarer bara håller mellan 5 grader och 10 grader, och de flesta av dem har inte förmågan att uppfatta stigningsvinklar.
Detta innebär att inom ett brett strålområde, även om det finns flera reflektionscentra, kan millimetervågsradar slå samman dem till en enda punktutgång på grund av otillräcklig upplösning. Denna ineffektivitet på "spatial sampling"-nivå begränsar i grunden antalet punktmoln som kan genereras i ett enhetsutrymme, vilket gör det omöjligt för millimeter-vågsradar att bygga detaljerade tre-dimensionella modeller genom tät laserstråleskanning som lidar.
