Rozdzielczość pozioma i pionowa obrazu georadarowego może być równa centymetrom a nawet milimetrom, np przy szczegółowych badaniach archeologicznych.
Georadar jest bardzo czuły na podstawowe parametry związane z przepływem prądu, głównie zmianę stałej dielektrycznej w ośrodku na drodze propagacji fali elektromagnetycznej. Stała dielektryczna ośrodka dywersyfikuje typy litologiczne, zmiany stanu nasycenia gruntów oraz defekty w strukturze, co determinuje bardzo szerokie spektrum zastosowań metody. Dodatkowym atutem jest całkowita bezinwazyjność georadaru.
Metoda georadarowa wykorzystuje fale elektromagnetyczne i ich własności, więc poniżej przedstawamy wstęp do teorii pola elektromagnetycznego.
Pole elektromagnetyczne można uważać za jedną ze szczególnych form istnienia materii. Energia elektryczna, która została wypromieniowana w przestrzeń istnieje i rozprzestrzenia się w postaci fal elektromagnetycznych, do których zaliczamy również m.in. fale radiowe. Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi, tzn. w każdym punkcie pola wektor natężenia pola elektrycznego E i wektor indukcji magnetycznej B są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fal elektromagnetycznych i do siebie. Graficzny obraz sinusoidalnej fali elektromagnetycznej został pokazany na rys. 1. Jedna część energii pola elektromagnetycznego istnieje w postaci energii pola elektrycznego, druga część w postaci energii pola magnetycznego.
rys. 1. Graficzny obraz strumienia fali elektromagnetycznej
Pojęcia charakteryzujące propagację fal elektromagnetycznych.
Prędkość propagacji
W swobodnej przestrzeni fale elektromagnetyczne rozchodzą się po liniach prostych z prędkością światła c równą około 3*108 m/s. W rzeczywistości najczęściej jednak mamy do czynienia z ośrodkami niejednorodnymi, wypełnionymi materią, gdzie inaczej niż w próżni zachodzą wszystkie zjawiska związane z propagacją fal EM, czyli: rozpraszanie, dyspersja, tłumienie, załamanie i odbicie. W takich warunkach prędkość v rozchodzenia się fali elektromagnetycznej jest dużo mniejsza. Prędkości fal dla różnych ośrodków rzeczywistych oraz stałe dielektryczne e wynoszą odpowiednio:| Ośrodek | e | V m/µs |
| powietrze | 1 | 300 |
| woda słodka | 81 | 33 |
| piasek | 4 - 30 | 55 - 170 |
| ił | 4 - 14 | 74 - 200 |
| morena | 9 - 25 | 60 - 100 |
| mułowce | 9 - 23 | 63 - 100 |
| lód | 3 - 4 | 150 - 170 |
| beton | 4 - 10 | 95 - 150 |
| wapień | 7 - 16 | 75 - 113 |
| granit | 5 - 7 | 113 - 134 |
| łupek | 5 - 15 | 77 - 134 |
Długość fali
Długość fali zależy od częstotliwości. Jest ona odcinkiem w przestrzeni wzdłuż drogi rozchodzenia się fali pomiędzy dwoma punktami o tym samym natężeniu (np. maksimum dodatnie), jest równa prędkości rozchodzenia się fali w danym ośrodku v, podzielonej przez częstotliwość fali f. Długość fali elektromagnetycznej w swobodnej przestrzeni można wyznaczyć z wystarczającą dokładnością z zależności uproszczonej:λ[m] = 300 / f [MHz]
Można łatwo obliczyć długości fal systemów georadarowych o znanych częstotliwościach środkowych, również w ośrodkach rzeczywistych o znanych (przybliżonych) prędkościach propagacji fali EM. Przyjmując więc magnetyczne własności próżni dla częstotliwości fali 300 MHz długość fali wynosi 1 metr w powietrzu, ok. 0.5 m w suchym piasku ze względną przenikalnością dielektryczną równą 4 albo ok. 0.2 m w piasku nasyconym wodą. Ogólną zasadą jest, że aby obiekt o innych własnościach dielektrycznych mógł być wykryty metodą georadarową musi być większy niż 1/3 (czasem przyjmuje się 1/2) długości fali, chociaż przy specyficznych warunkach możliwe jest wykrycie obiektu nawet o wielkości ok 1/10 długości fali.
Załamanie i odbicie
W ośrodku jednorodnym fala rozchodzi się bez przeszkód z pewną stałą prędkością, która zależy od rodzaju materiału, z którego zbudowany jest ośrodek. Na granicy dwóch ośrodków o różnych własnościach powstaje fala odbita i fala załamana. Kąt padania fali jest równy kątowi odbicia (prawo odbicia). Kąt załamania jest określony przez prawo Snelliusa, które mówi, że stosunek sinusa kąta padania do prędkości fali w ośrodku 1 jest taki sam jak stosunek sinusa kąta załamania do prędkości fali w ośrodku 2. Z prawa tego wynika, że jeżeli fala przechodzi z ośrodka o mniejszej prędkości do ośrodka o większej prędkości to kąt załamania będzie większy niż kąt padania fali. W przypadku gdy fala elektromagnetyczna pada na granicę z ośrodka o większej prędkości do ośrodka o mniejszej prędkości kąt załamania będzie mniejszy niż kąt padania. Współczynnik odbicia może być dodatni lub ujemny zależnie od znaku kontrastu stałych dielektrycznych po obu stronach granicy odbijającej.Dyspersja
Dyspersja fali zachodzi na skutek oddziaływania fali z ośrodkiem. Fala przemieszczając się z jednego ośrodka do drugiego ulega załamaniu więc jeżeli w jednym z ośrodków fale o pewnej częstotliwości mają inną prędkość propagacji niż pozostałe fale, to załamią się pod innym kątem. W efekcie droga, po której porusza się fala, zależy od jej częstotliwości i występuje zjawisko rozszczepienia czyli dyspersji.Czoło fali
Powierzchnia falowa najdalej w danej chwili oddalona od źródła fali, równoległa do wzajemnie prostopadłych wektorów pola elektrycznego i magnetycznego. Fala zawsze porusza się prostopadle do czoła fali. Kierunek ruchu fali zależy od wzajemnej orientacji wektorów pola elektrycznego i magnetycznego. Odwrócenie kierunku jednej ze składowych powoduje zmianę kierunku rozchodzenia się fali.Polaryzacja fali
Polaryzacja fali jest kierunkiem wyznaczanym przez wektor składowej elektrycznej fali elektromagnetycznej. Jeżeli linie pola elektrycznego przebiegają pionowo, jak na rys. 1. wówczas fala ma liniową polaryzację pionową. Gdy linie pola są skierowane poziomo, fala jest spolaryzowana poziomo. Gdy wektor polaryzacji nie ma stałego kierunku lecz wiruje w przestrzeni, to mówimy o polaryzacji kołowej lub eliptycznej.Okres (zazwyczaj oznaczany literą T)
Okres fali jest odwrotnością częstotliwości (ozn. literą f), która liczbowo określa liczbę drgań zachodzących w jednostce czasu : f=1/T Zarówno okres jak i częstotliwość nie są własnością fali lecz własnością żródła fali. Dlatego przy przejściu fali z jednego ośrodka do innego o innych własnościach częstotliwość nie ulega zmianie. Zmianie ulec mogą jedynie długość fali i jej prędkość.Oddziaływanie fal EM na środowisko
Energia promieniowania niejonizującego może doprowadzić w strukturach biologicznych do rozpadu cząstek lub przyrostu temperatury organizmu. Rozmiary tych zjawisk są zależne od wielu czynników m.in. od stopnia napromieniowania, częstotliwości pola i rodzaju modulacji, czasu ekspozycji, właściwości cieplnych tkanek itp. Przyjmuje się, że poniżej częstotliwości "rezonansu własnego człowieka", tj. około 70 MHz organizm ludzki może być rozpatrywany jako bryła stratnego dielektryka. W przypadku większych częstotliwości konieczne jest rozpatrywanie struktury warstwowej ciała przy czym obserwuje się zjawiska odbicia i ugięcia. Mogą także pojawiać się fale stojące w poszczególnych warstwach (tkankach). Absorbowane w ciele promieniowanie wywołuje w efekcie podgrzewanie komórek, na które organizm reaguje ochładzaniem partii podgrzanych przez zwiększenie intensywności cyrkulacji krwi. Przekroczenie dopuszczalnej granicy intensywności promieniowania i czasu ekspozycji może wywołać groźny dla organizmu szok termiczny. Przypuszcza się, że promieniowanie niejonizujące wywołuje również efekty pozatermiczne przy czym do ich powstania wystarczają znacznie słabsze pola aniżeli potrzebne do wywołania efektów termicznych. Miedzy innymi podobno możliwy jest również bezpośredni odbiór wrażeń słuchowych w przypadku przebywania człowieka w polu o modulowanej amplitudzie. Większość efektów pozatermicznych ma charakter subiektywny, a podobne efekty mogą występować także pod wpływem działania innych bodźców fizykochemicznych, dlatego też pozatermiczne oddziaływanie niejonizującego promieniowania elektromagnetycznego na organizm ludzki jest trudne w badaniach i nie zostało jeszcze dostatecznie potwierdzone. Przepisy (normy) dotyczące ochrony przed niejonizującym promieniowaniem elektromagnetycznym określają dopuszczalną wielkość energii jaką mogą być napromieniowani ludzie. Obowiązuje tutaj generalna zasada, że w strumieniu mocy o gęstości poniżej 1 mW/m2 człowiek może przebywać bez ograniczeń natomiast przy gęstości mocy przekraczającej 10 mW/m2 możliwa jest jedynie praca (narażenie zawodowe pod kontrolą lekarza) w ciągu bardzo krótkiego czasu.