Elektromanyetik dalga etkileşim mekanizması ve fiziksel boyutların kısıtlamaları
Milimetrik dalga radar nokta bulutlarının seyrek olmasının temel nedeni, dalga optiği ve elektromanyetizmanın temel fiziksel yasalarından kaynaklanmaktadır. Araca monteli milimetrik dalga radarının ana çalışma frekansı bandı-77 GHz ila 79 GHz arasındadır ve karşılık gelen dalga boyu yaklaşık 3,8 mm ila 3,9 mm'dir.
Elektromanyetik dalga yansıma teorisine göre nesne yüzeyinin göreceli pürüzlülüğü yankının özelliklerini belirler. Algılama dalga boyu, nesne yüzeyinin dalgalanma boyutundan çok daha büyük olduğunda, yüzey, elektromanyetik dalgaların perspektifinden bakıldığında yarı-bir yüzey gibi görünür ve ortaya çıkan yansıma Snell yasasını takip eder, yani geliş açısı yansıma açısına eşittir.
Şehir içi yol sahnelerinde, arabaların metal yüzeyleri, binaların cam perde duvarları ve düz asfalt kaplamaların neredeyse tamamı, dalga boyları 4 mm'ye yakın olan milimetrik dalgalar için "ayna yüzeylerdir".
Bu aynasal yansıma, elektromanyetik enerjinin çoğunun milimetre-dalga radarından uzağa doğru dağılmasına neden olur; enerjinin yalnızca çok küçük bir miktarı, nesnenin kenarındaki kırınım, köşe reflektör yapısından ikincil yansıma veya normal olaydan geri saçılma yoluyla alıcı antene geri iletilir.
Buna karşılık, Lidar tarafından kullanılan dalga boyu 905 nm veya 1550 nm seviyesindedir; bu, milimetre dalgalarından üç kat daha küçüktür. Birçok nesne yüzeyi lazerler için pürüzlüdür ve düzgün dağınık yansıma üretebilir, böylece nesne yüzeyinin tüm parçalarının yankı noktalarını yansıtabilmesi sağlanır.
Yansıma desenlerindeki farklılıklara ek olarak malzemenin dielektrik sabiti ve iletkenliği de nokta bulutunun zenginliğini etkiler. İyi bir iletken olarak metal, milimetrik dalgalar için son derece yüksek yansıtma özelliğine sahiptir; bu nedenle araçlar, korkuluklar ve diğer nesneler nispeten sabit algılama noktaları oluşturabilir. Ana bileşeni nem olan yayalar gibi-metalik olmayan hedefler için milimetrik dalgaların soğurulması ve saçılma mekanizması daha karmaşıktır.
Her ne kadar insan vücudunun karbon içeriği onu milimetrik dalga bandında bir şekilde yansıtıcı hale getirse de, insan vücudunun yüzey şekli son derece düzensiz olduğundan ve geniş bir düzlemsel veya açısal yansıma yapısına sahip olmadığından, enerji kolayca birden fazla yöne dağılır ve yankı yoğunluğunun şiddetli bir şekilde dalgalanmasına neden olur.
Bazı çalışmalarda bununla ilgili deneyler yapılmıştır. Karbon-kaplanmış insan vücudu modellerinin kullanılması, yayaların yansıma özelliklerini simüle edebilir. Ancak yine de yayanın uzuvları radar ışınına göre belli bir açıda olduğunda, çok sayıda radyo frekansı sinyali geri dönmek yerine saptırılacaktır. Bu aynı zamanda milimetrik-dalga radar görünümünde yayaların nokta bulutunun neden yalnızca seyrek değil, aynı zamanda çoğu zaman eksik parçalar olduğunu da açıklıyor.
Donanım açıklığının ve açısal çözünürlüğün sınırlamaları, mekansal algının ayrıklaştırılmasını daha da şiddetlendirmektedir. Milimetrik dalga radarının bitişik hedefleri ayırt etme yeteneği, fiziksel olarak dalga boyunun antenin eşdeğer açıklığına oranıyla belirlenen antenin açısal çözünürlüğü ile sınırlıdır.
Araç montaj alanıyla sınırlı olduğundan, milimetrik dalga radar antenlerinin fiziksel boyutu sonsuza kadar genişletilemez. Bu, geleneksel milimetre dalga radarlarının yatay açısal çözünürlüğünün yalnızca 5 derece ile 10 derece arasında kalmasını sağlar ve çoğu, eğim açılarını algılama yeteneğine sahip değildir.
Bu, geniş bir ışın aralığında, birden fazla yansıma merkezi olsa bile, milimetrik dalga radarının, yetersiz çözünürlük nedeniyle bunları tek bir nokta çıktısında birleştirebileceği anlamına gelir. "Uzaysal örnekleme" seviyesindeki bu verimsizlik, temel olarak bir birim uzayda oluşturulabilecek nokta bulutlarının sayısını sınırlayarak, milimetrik-dalga radarının, lidar gibi yoğun lazer ışını taraması yoluyla ayrıntılı üç-boyutlu modeller oluşturmasını imkansız hale getirir.
