Mecanismo de interacción de ondas electromagnéticas y limitaciones de las dimensiones físicas.
La razón principal de la escasez de nubes de puntos de radar de ondas milimétricas proviene de las leyes físicas básicas de la óptica ondulatoria y el electromagnetismo. La banda de frecuencia de trabajo principal del radar de ondas milimétricas montado en un vehículo-es de 77 GHz a 79 GHz, y la longitud de onda correspondiente es de aproximadamente 3,8 mm a 3,9 mm.
Según la teoría de la reflexión de ondas electromagnéticas, la rugosidad relativa de la superficie del objeto determina las características del eco. Cuando la longitud de onda de detección es mucho mayor que el tamaño de ondulación de la superficie del objeto, la superficie aparece como una superficie cuasi-espejada desde la perspectiva de las ondas electromagnéticas, y la reflexión resultante sigue la ley de Snell, es decir, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
En las escenas de carreteras urbanas, las superficies metálicas de los automóviles, los muros cortina de vidrio de los edificios y los pavimentos asfálticos planos son casi todas "superficies de espejo" para ondas milimétricas con longitudes de onda cercanas a los 4 mm.
Esta reflexión especular hace que la mayor parte de la energía electromagnética se disipe en una dirección alejada del radar de ondas milimétricas-, y solo una cantidad muy pequeña de energía se transmite de regreso a la antena receptora a través de la difracción en el borde del objeto, la reflexión secundaria de la estructura del reflector de esquina o la retrodispersión por incidencia normal.
Por el contrario, la longitud de onda utilizada por el lidar está en el nivel de 905 nm o 1550 nm, que es tres órdenes de magnitud más pequeña que las ondas milimétricas. Muchas superficies de objetos son rugosas para los láseres y pueden producir una reflexión difusa uniforme, asegurando así que todas las partes de la superficie del objeto puedan reflejar puntos de eco.
Además de las diferencias en los patrones de reflexión, la constante dieléctrica y la conductividad del propio material también afectan la riqueza de la nube de puntos. Como buen conductor, el metal tiene una reflectividad extremadamente alta para ondas milimétricas, por lo que vehículos, barandillas y otros objetos pueden formar puntos de detección relativamente estables. Para objetivos no-metálicos, como peatones, cuyo componente principal es la humedad, el mecanismo de absorción y dispersión de ondas milimétricas es más complejo.
Aunque el contenido de carbono del cuerpo humano lo hace algo reflectante en la banda de ondas milimétricas, debido a que la forma de la superficie del cuerpo humano es extremadamente irregular y no tiene un área grande de estructura de reflexión plana o angular, la energía se dispersa fácilmente en múltiples direcciones, lo que hace que la intensidad del eco fluctúe violentamente.
Algunos estudios han realizado experimentos al respecto. El uso de modelos de cuerpo humano recubiertos de carbono-puede simular las características de reflexión de los peatones. Sin embargo, aun así, cuando las extremidades del peatón están en ángulo con respecto al rayo del radar, una gran cantidad de señales de radiofrecuencia se desviarán en lugar de devolverse. Esto también explica por qué en la vista del radar de ondas milimétricas-, la nube de puntos de peatones no sólo es escasa sino que a menudo también faltan partes.
Las limitaciones de la apertura del hardware y la resolución angular exacerban aún más la discretización de la percepción espacial. La capacidad del radar de ondas milimétricas para distinguir objetivos adyacentes está limitada por la resolución angular de la antena, que está determinada físicamente por la relación entre la longitud de onda y la apertura equivalente de la antena.
Limitado por el espacio de instalación del vehículo, el tamaño físico de las antenas de radar de ondas milimétricas no se puede ampliar infinitamente. Esto hace que la resolución angular horizontal de los radares tradicionales de ondas milimétricas solo se mantenga entre 5 y 10 grados, y la mayoría de ellos no tienen la capacidad de percibir ángulos de cabeceo.
Esto significa que dentro de un amplio rango de haz, incluso si hay múltiples centros de reflexión, el radar de ondas milimétricas puede fusionarlos en una salida de un solo punto debido a una resolución insuficiente. Esta ineficiencia en el nivel de "muestreo espacial" limita fundamentalmente la cantidad de nubes de puntos que se pueden generar en una unidad de espacio, lo que hace imposible que el radar de ondas milimétricas- construya modelos tridimensionales- detallados mediante un escaneo denso de rayos láser como el lidar.
