Mécanisme d’interaction des ondes électromagnétiques et contraintes des dimensions physiques
La principale raison de la rareté des nuages de points radar à ondes millimétriques découle des lois physiques fondamentales de l’optique des ondes et de l’électromagnétisme. La bande de fréquences de travail principale du radar à ondes millimétriques monté sur véhicule-est de 77 GHz à 79 GHz, et la longueur d'onde correspondante est d'environ 3,8 mm à 3,9 mm.
Selon la théorie de la réflexion des ondes électromagnétiques, la rugosité relative de la surface de l'objet détermine les caractéristiques de l'écho. Lorsque la longueur d'onde de détection est beaucoup plus grande que la taille de l'ondulation de la surface de l'objet, la surface apparaît comme une surface quasi -miroir du point de vue des ondes électromagnétiques, et la réflexion résultante suit la loi de Snell, c'est-à-dire que l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion.
Dans les scènes de routes urbaines, les surfaces métalliques des voitures, les murs-rideaux en verre des bâtiments et les trottoirs plats en asphalte sont presque tous des « surfaces miroirs » pour les ondes millimétriques avec des longueurs d'onde proches de 4 mm.
Cette réflexion spéculaire provoque la dissipation de la majeure partie de l'énergie électromagnétique dans une direction éloignée du radar à ondes millimétriques -, seule une très petite quantité d'énergie étant retransmise à l'antenne de réception par diffraction au bord de l'objet, réflexion secondaire de la structure du réflecteur d'angle ou rétrodiffusion à partir d'une incidence normale.
En revanche, la longueur d’onde utilisée par le lidar se situe au niveau de 905 nm ou 1 550 nm, soit trois ordres de grandeur inférieurs aux ondes millimétriques. De nombreuses surfaces d'objets sont rugueuses pour les lasers et peuvent produire une réflexion diffuse uniforme, garantissant ainsi que toutes les parties de la surface de l'objet peuvent réfléchir les points d'écho.
Outre les différences dans les modèles de réflexion, la constante diélectrique et la conductivité du matériau lui-même affectent également la richesse du nuage de points. En tant que bon conducteur, le métal a une réflectivité extrêmement élevée pour les ondes millimétriques, de sorte que les véhicules, garde-corps et autres objets peuvent former des points de détection relativement stables. Pour les cibles non-métalliques telles que les piétons dont le composant principal est l'humidité, le mécanisme d'absorption et de diffusion des ondes millimétriques est plus complexe.
Bien que la teneur en carbone du corps humain le rende quelque peu réfléchissant dans la bande d'ondes millimétriques, parce que la forme de la surface du corps humain est extrêmement irrégulière et n'a pas une grande zone de structure de réflexion planaire ou angulaire, l'énergie est facilement dispersée dans plusieurs directions, provoquant une fluctuation violente de l'intensité de l'écho.
Certaines études ont fait des expériences à ce sujet. L'utilisation de modèles de corps humain recouverts de carbone-peut simuler les caractéristiques de réflexion des piétons. Cependant, même ainsi, lorsque les membres du piéton sont inclinés par rapport au rayon radar, un grand nombre de signaux radiofréquences seront déviés au lieu d'être renvoyés. Cela explique également pourquoi, dans la vue radar à ondes millimétriques-, le nuage de points des piétons est non seulement clairsemé, mais aussi souvent manquant.
Les limitations de l'ouverture matérielle et de la résolution angulaire exacerbent encore la discrétisation de la perception spatiale. La capacité du radar à ondes millimétriques à distinguer des cibles adjacentes est limitée par la résolution angulaire de l'antenne, qui est physiquement déterminée par le rapport entre la longueur d'onde et l'ouverture équivalente de l'antenne.
Limitée par l'espace d'installation du véhicule, la taille physique des antennes radar à ondes millimétriques ne peut pas être étendue à l'infini. Cela fait que la résolution angulaire horizontale des radars à ondes millimétriques traditionnels ne se maintient qu'entre 5 degrés et 10 degrés, et la plupart d'entre eux n'ont pas la capacité de percevoir les angles de tangage.
Cela signifie que dans une large plage de faisceaux, même s'il existe plusieurs centres de réflexion, le radar à ondes millimétriques peut les fusionner en un seul point de sortie en raison d'une résolution insuffisante. Cette inefficacité au niveau de « l'échantillonnage spatial » limite fondamentalement le nombre de nuages de points pouvant être générés dans une unité d'espace, ce qui rend impossible pour les radars à ondes millimétriques-de construire des modèles tridimensionnels détaillés-par le biais d'un balayage à faisceau laser dense comme le lidar.
