Elektromagnetlainete vastasmõju mehhanism ja füüsikaliste mõõtmete piirangud
Millimeeterlaine radari punktpilvede hõreduse peamine põhjus tuleneb laineoptika ja elektromagnetismi füüsikalistest põhiseadustest. Sõiduki{1}}paigaldatud millimeeterlaineradari peavoolu töösagedusriba on 77 GHz kuni 79 GHz ja vastav lainepikkus on umbes 3,8 mm kuni 3,9 mm.
Vastavalt elektromagnetlainete peegelduse teooriale määrab objekti pinna suhteline karedus kaja omadused. Kui tuvastamise lainepikkus on palju suurem kui objekti pinna lainetuse suurus, näib pind elektromagnetlainete vaatenurgast kvaasi-peegelpinnana ja sellest tulenev peegeldus järgib Snelli seadust, st langev nurk on võrdne peegeldusnurgaga.
Linnateedel on autode metallpinnad, hoonete klaaskardinad ja tasased asfaltkatted peaaegu kõik "peegelpinnad" millimeeterlainete jaoks, mille lainepikkus on 4 mm.
See peegeldus põhjustab suurema osa elektromagnetilisest energiast hajumise millimeeterlaineradarist{0}} eemale jäävas suunas, kusjuures väga väike kogus energiat kandub tagasi vastuvõtuantennile objekti serva difraktsiooni, nurgareflektori struktuurilt sekundaarse peegelduse või normaalsest langemisest tingitud tagasihajumise kaudu.
Seevastu lidari kasutatav lainepikkus on 905 nm või 1550 nm tasemel, mis on kolm suurusjärku väiksem kui millimeeterlained. Paljud objekti pinnad on laserite jaoks karedad ja võivad tekitada ühtlase hajutatud peegelduse, tagades nii, et kõik objekti pinna osad suudavad peegeldada kajapunkte.
Lisaks peegeldusmustrite erinevustele mõjutavad punktipilve rikkust ka materjali enda dielektriline konstant ja juhtivus. Hea juhina on metallil ülikõrge peegeldusvõime millimeeterlainete puhul, mistõttu võivad sõidukid, piirded ja muud esemed moodustada suhteliselt stabiilseid tuvastuspunkte. Mittemetallist sihtmärkide, nagu jalakäijate puhul, kelle põhikomponent on niiskus, on millimeeterlainete neeldumis- ja hajutamismehhanism keerulisem.
Kuigi inimkeha süsinikusisaldus muudab selle millimeetri laineribas mõnevõrra peegeldavaks, kuna inimkeha pinnakuju on äärmiselt ebakorrapärane ja sellel ei ole suurt tasapinnalist või nurgelist peegeldusstruktuuri, hajub energia kergesti mitmes suunas, põhjustades kaja intensiivsuse tugevat kõikumist.
Mõned uuringud on selle kohta katseid teinud. Süsinik{1}}kattega inimkehamudelite kasutamine võib simuleerida jalakäijate peegeldusomadusi. Kuid isegi siis, kui jalakäija jäsemed on radarikiire suhtes nurga all, suunatakse suur hulk raadiosageduslikke signaale tagasi, mitte tagasi. See seletab ka seda, miks millimeeter{4}}laineradari vaates ei ole jalakäijate punktipilv mitte ainult hõre, vaid ka sageli puuduvad osad.
Riistvaralise ava ja nurkeraldusvõime piirangud süvendavad veelgi ruumilise taju diskreetsust. Millimeeterlaineradari võimet eristada külgnevaid sihtmärke piirab antenni nurkeraldusvõime, mille määrab füüsiliselt lainepikkuse ja antenni ekvivalentse ava suhe.
Sõiduki paigaldusruumi tõttu ei saa millimeeterlaine radari antennide füüsilist suurust lõputult laiendada. Seetõttu jääb traditsiooniliste millimeeterlaineradarite horisontaalne nurkeraldusvõime vahemikku 5 kuni 10 kraadi ja enamikul neist ei ole võimet kaldenurki tajuda.
See tähendab, et laias kiirte vahemikus, isegi kui peegelduskeskusi on mitu, võib millimeeterlaineradar need ebapiisava eraldusvõime tõttu liita üheks punktiks. See ebaefektiivsus "ruumilise proovivõtu" tasemel piirab põhimõtteliselt ühikulises ruumis genereeritavate punktipilvede arvu, muutes millimeeterlaineradaril võimatuks koostada üksikasjalikke kolmemõõtmelisi mudeleid tiheda laserkiire skaneerimisega nagu lidar.
