Mehanizam interakcije elektromagnetskih valova i ograničenja fizičkih dimenzija
Primarni razlog za rijetkost oblaka radarskih točaka milimetarskih valova proizlazi iz osnovnih fizikalnih zakona valne optike i elektromagnetizma. Glavni radni frekvencijski pojas radara s milimetarskim valovima-postavljenog na vozilo iznosi 77 GHz do 79 GHz, a odgovarajuća valna duljina je oko 3,8 mm do 3,9 mm.
Prema teoriji refleksije elektromagnetskih valova, relativna hrapavost površine objekta određuje karakteristike odjeka. Kada je valna duljina detekcije puno veća od valovitosti površine objekta, površina se čini kao kvazi-zrcalna površina iz perspektive elektromagnetskih valova, a rezultirajuća refleksija slijedi Snellov zakon, odnosno upadni kut jednak je kutu refleksije.
U urbanim cestovnim scenama, metalne površine automobila, staklene zavjese zgrada i ravni asfaltni kolnici gotovo su sve "zrcalne površine" za milimetarske valove s valnim duljinama blizu 4 mm.
Ova zrcalna refleksija uzrokuje da se većina elektromagnetske energije rasprši u smjeru od radara milimetarskih-valova, pri čemu se samo vrlo mala količina energije prenosi natrag do prijemne antene putem difrakcije na rubu objekta, sekundarne refleksije od kutne reflektorske strukture ili povratnog raspršenja od normalnog upada.
Nasuprot tome, valna duljina koju koristi lidar je na razini od 905 nm ili 1550 nm, što je tri reda veličine manje od milimetarskih valova. Mnoge površine objekata su grube za lasere i mogu proizvesti jednoliku difuznu refleksiju, čime se osigurava da svi dijelovi površine objekta mogu reflektirati točke odjeka.
Osim razlika u uzorcima refleksije, dielektrična konstanta i vodljivost samog materijala također utječu na bogatstvo oblaka točaka. Kao dobar vodič, metal ima izuzetno visoku refleksiju za milimetarske valove, tako da vozila, zaštitne ograde i drugi objekti mogu formirati relativno stabilne točke detekcije. Za ne-metalne mete kao što su pješaci čija je glavna komponenta vlaga, mehanizam apsorpcije i raspršenja milimetarskih valova je složeniji.
Iako ga sadržaj ugljika u ljudskom tijelu čini donekle reflektirajućim u milimetarskom valnom pojasu, jer je površinski oblik ljudskog tijela izrazito nepravilan i nema veliko područje planarne ili kutne refleksijske strukture, energija se lako raspršuje u više smjerova, uzrokujući nasilne fluktuacije intenziteta jeke.
Neke su studije radile eksperimente o tome. Korištenje modela ljudskog tijela obloženih ugljikom može simulirati karakteristike refleksije pješaka. Međutim, čak i tako, kada su udovi pješaka pod kutom u odnosu na radarsku zraku, veliki broj radiofrekventnih signala će biti odbijen umjesto vraćen. Ovo također objašnjava zašto u radarskom pregledu milimetarskih-valova oblak točaka pješaka nije samo rijedak, već mu često i nedostaju dijelovi.
Ograničenja hardverskog otvora blende i kutne rezolucije dodatno pogoršavaju diskretizaciju prostorne percepcije. Sposobnost radara milimetarskih valova da razlikuje susjedne ciljeve ograničena je kutnom rezolucijom antene, koja je fizički određena omjerom valne duljine i ekvivalentnog otvora blende antene.
Ograničena prostorom za ugradnju u vozilo, fizička veličina radarskih antena milimetarskih valova ne može se beskonačno povećavati. Zbog toga se horizontalna kutna razlučivost tradicionalnih radara s milimetarskim valovima održava samo između 5 stupnjeva i 10 stupnjeva, a većina njih nema sposobnost opažanja kutova nagiba.
To znači da unutar širokog raspona zraka, čak i ako postoji više središta refleksije, radar milimetarskih valova može ih spojiti u jednu točku izlaza zbog nedovoljne rezolucije. Ova neučinkovitost na razini "prostornog uzorkovanja" fundamentalno ograničava broj oblaka točaka koji se mogu generirati u jedinici prostora, onemogućujući radaru milimetarskih-valova izradu detaljnih tro-dimenzionalnih modela skeniranjem gustim laserskim snopom poput lidara.
