電磁波の相互作用メカニズムと物理的次元の制約
ミリ波レーダー点群がまばらになる主な理由は、波動光学と電磁気の基本的な物理法則に起因します。車載ミリ波レーダーの主流の動作周波数帯域は77GHz～79GHzで、対応する波長は約3.8mm～3.9mmです。
電磁波反射理論によれば、物体表面の相対的な粗さがエコーの特性を決定します。検出波長が物体表面の凹凸サイズよりもはるかに大きい場合、その表面は電磁波の観点からは準鏡面のように見え、その結果生じる反射はスネルの法則に従います。つまり、入射角と反射角は等しいことになります。
都市部の道路シーンでは、車の金属面や建物のガラスカーテンウォール、平らなアスファルト舗装など、波長4mmに近いミリ波ではほとんどが「鏡面」になります。
この鏡面反射により、電磁エネルギーの大部分がミリ波レーダーから遠ざかる方向に散逸されますが、物体の端での回折、コーナー リフレクター構造からの二次反射、法線入射からの後方散乱を通じて受信アンテナに戻されるエネルギーはごく少量です。-
これに対し、ライダーで使用される波長は905nmや1550nmレベルであり、ミリ波よりも3桁も小さい。多くの物体表面はレーザーにとっては粗く、均一な拡散反射を生成するため、物体表面のすべての部分がエコー ポイントを反射できるようになります。
反射パターンの違いに加えて、材料自体の誘電率と導電率も点群の豊富さに影響します。金属は良導体としてミリ波の反射率が非常に高いため、車両やガードレールなどの物体でも比較的安定した検出ポイントを形成できます。水分が主成分である歩行者などの非金属ターゲットの場合、ミリ波の吸収と散乱のメカニズムはより複雑になります。
人体には炭素が含まれているため、ミリ波帯では若干の反射が生じますが、人体の表面形状は極めて不規則であり、広い面積の面状や角状の反射構造を持たないため、エネルギーが多方向に散乱しやすく、エコー強度が激しく変動します。
いくつかの研究ではこれについて実験を行っています。カーボン-でコーティングされた人体モデルを使用すると、歩行者の反射特性をシミュレートできます。しかし、それでも、歩行者の手足がレーダー光線に対して斜めになっている場合、多くの無線周波数信号が戻されずに偏向されてしまいます。これは、ミリ波レーダーのビューで歩行者の点群がまばらであるだけでなく、欠落している部分が多い理由も説明しています。-
ハードウェアの絞りと角度解像度の制限により、空間認識の離散化がさらに悪化します。隣接するターゲットを区別するミリ波レーダーの能力は、アンテナの角度分解能によって制限されます。角度分解能は、アンテナの等価開口に対する波長の比によって物理的に決定されます。
ミリ波レーダーアンテナの物理的なサイズは車両の設置スペースに制限されるため、無限に拡大することはできません。このため、従来のミリ波レーダーの水平角度分解能は 5 度から 10 度の範囲にとどまっており、ほとんどのミリ波レーダーはピッチ角を認識する機能を持っていません。
これは、広いビーム範囲内では、複数の反射中心がある場合でも、ミリ波レーダーは解像度が不十分なためにそれらを単一点出力に統合する可能性があることを意味します。 「空間サンプリング」レベルでのこの非効率性により、単位空間内に生成できる点群の数が根本的に制限され、ミリ波レーダーが LIDAR のような高密度のレーザー ビーム スキャンを通じて詳細な 3 次元モデルを構築することができなくなります。-
