Jordobservation och rymdforskning med radio

Hur radio används som mätinstrument: SAR och radiometri från satelliter, jonosfärsradarn EISCAT, markstationen Esrange och djuprymdens länkar, med Sentinel-1 och svenska satelliter som exempel.

Avancerad18 min läsningGranskad 25 oktober 2026

Innehåll

Aktiv och passiv fjärranalys
Sentinel-1 och SAR från omloppsbana
Radiometri: att lyssna på jordens egen strålning
Jonosfärsforskning: EISCAT
1. EISCAT 3D
Esrange och markstationer
Djuprymdskommunikation
Svenska satelliter
Kontrollfrågor

Radio är inte bara ett sätt att skicka information. Den är också ett mätinstrument: en radar kan avbilda jordytan genom moln och i mörker, en radiometer kan mäta markens fuktighet från omloppsbana, och en jonosfärsradar kan mäta elektrontätheten flera hundra kilometer upp. Artikeln går igenom hur radiovågor används för jordobservation och rymdforskning, med Sentinel-1, EISCAT, Esrange och några svenska satelliter som exempel. Den bygger på radarteknik, satellitbanor och radioastronomi.

Aktiv och passiv fjärranalys#

Fjärranalys (eng. remote sensing) är att mäta egenskaper hos något utan att vara i kontakt med det, i det här fallet jorden och rymden. Mikrovågor passar bra av tre skäl. De går genom moln och regn med liten dämpning, de fungerar dygnet runt eftersom radar har sin egen ”belysning”, och olika frekvenser tränger in olika djupt i vegetation, jord och is: ju lägre frekvens, desto djupare. Instrumenten delas in efter om de sänder själva (figur 1).

Figur 1. Tre sätt att mäta med radio. Aktiv: instrumentet sänder och mäter ekot. Passiv: instrumentet lyssnar på naturlig strålning. Markbunden jonosfärsradar: en kraftfull sändare på marken och en känslig mottagare mäter den svaga spridningen från fria elektroner.

Tabell 1. Instrument som tas upp i artikeln.

Princip	Vad som mäts	Exempel	Frekvens
Aktiv, SAR	Markytans råhet, fuktighet och rörelse	Sentinel-1	C-band, 5,405 GHz
Passiv, radiometer	Ljustemperatur: markfuktighet, havets salthalt	SMOS	L-band, 1,4 GHz
Passiv, radiometer	Gaser i atmosfären, bland annat ozon	Odin	486–580 GHz och 119 GHz
Markbunden radar	Elektrontäthet, temperaturer och rörelse i jonosfären	EISCAT	224–930 MHz

Radiotjänsterna har egna namn i Radioreglementet. Satelliter med sensorer som samlar information om jorden hör till jordutforskningssatellittjänsten (eng. Earth exploration-satellite service, EESS), och radioastronomi och forskning i rymden har egna tjänster (se radiotjänster).

Sentinel-1 och SAR från omloppsbana#

Hur en SAR får hög upplösning med en liten antenn har du läst om i radarteknik. Sentinel-1 är ett konkret exempel. Satelliterna ingår i EU:s Copernicus-program och bär en radar i C-bandet med mittfrekvensen 5,405 GHz, alltså våglängden $λ = c / f \approx 5,55$ cm. Radarantennen är 12 m lång, och banan är solsynkron och nära polär på 693 km höjd.¹ Omloppstiden blir drygt 98 minuter, och satelliten gör 175 omlopp på en 12-dagarscykel.² Den blickar åt sidan, och ekon från markytan tas emot medan satelliten rör sig framåt i banan. SAR-bearbetningen kombinerar sedan ekona till en bild.

Tabell 2. Sentinel-1:s lägen enligt ESA. Upplösningen anges som 5 × 20 m osv.

Läge	Svepbredd	Upplösning	Anmärkning
Interferometric Wide swath (IW)	250 km	5 × 20 m	Huvudläget över land
Extra Wide swath (EW)	400 km	20 × 40 m	Mycket bred svepbredd
Stripmap (SM)	80 km	5 × 5 m	Hög upplösning
Wave (WV)	20 × 20 km, var 100 km	5 × 5 m	Prov längs banan över hav

Den första satelliten, Sentinel-1A, sköts upp den 3 april 2014 och Sentinel-1B den 25 april 2016. Sentinel-1B förlorade strömförsörjningen den 23 december 2021, och uppdraget förklarades avslutat den 3 augusti 2022. Sentinel-1C sköts upp den 5 december 2024 och Sentinel-1D den 4 november 2025.¹² Vilka satelliter som är i drift i oktober 2026 bör du kontrollera hos ESA. Alla datanivåer är fria att använda för offentliga, vetenskapliga och kommersiella syften.²

Figur 2. Geometri och täckning. Överst: en SAR blickar åt sidan, och svepbredden är 250 km. Underst: efter 175 omlopp ligger spåren 229 km från varandra vid ekvatorn, mindre än svepbredden, så hela jorden täcks på en 12-dagarscykel. Bilden är inte skalenlig i höjd.

SAR-bilder kan se konstiga ut första gången. Eftersom signalen är koherent ger ytor med många små spridare ett korniga mönster (speckle), slät vattenyta speglar bort energin från satelliten och ser mörk ut, och ytor som sprider mycket tillbaka, som byggnader, ser ljusa ut. Hur starkt ekot är beror på ytans råhet, fuktighet och vinkel. SAR används för kartläggning, havsis, översvämningar och markrörelser (se radarteknik).

Radiometri: att lyssna på jordens egen strålning#

Allt som har en temperatur sänder ut mikrovågsbrus. Vid mikrovågsfrekvenser är den utsända effektdensiteten proportionell mot den fysiska temperaturen $T$ (Rayleigh–Jeans-approximationen), och man uttrycker mätningen som en temperatur. För en yta med emissivitet $ε$ (mellan 0 och 1) är ljustemperaturen (eng. brightness temperature)

T_{B} \approx ε T

En radiometer mäter alltså $T_{B}$ , och eftersom emissiviteten beror på ytans material går egenskaper att utläsa. Vatten har hög dielektricitetskonstant, och när jorden blir fuktigare minskar emissiviteten, så ljustemperaturen sjunker.

Av det skälet används L-bandet vid ca 1,4 GHz för markfuktighet: den långa våglängden (ca 21 cm) tränger genom vegetation och ned i jorden. ESA:s satellit SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), som sköts upp den 2 november 2009, bär radiometern MIRAS som mäter i L-bandet och avbildar ljustemperaturen genom apertursyntes. Den används för markfuktighet och havets salthalt.³ På liknande sätt har öppet vatten och is olika emissivitet, vilket gör passiv radiometri användbar för att kartlägga havsis, och SAR kompletterar med högre upplösning.

Den svenska satelliten Odin bar radiometrar för 486–580 GHz och 119 GHz och mätte bland annat ozon (se tabell 4). Andra radiometerkanaler och hur de skyddas beskrivs i väderradar och vädersatelliter.

Jonosfärsforskning: EISCAT#

Jonosfären (se jonosfären) är en plasma av fria elektroner och joner, ca 50–1 000 km upp. Kortvågor reflekteras av den, men vågor med frekvenser långt över plasmafrekvensen går rakt igenom. Plasmafrekvensen är $f_{p} \approx 9 \sqrt{N}$ Hz, och för den högsta elektrontätheten, ca $10^{12} m^{- 3}$ , blir den ca 9 MHz. En radar på 224–930 MHz tar sig därför igenom jonosfären, och bara en mycket liten del sprids tillbaka.

Spridningen sker mot de fria elektronerna. Varje elektron påverkas av radiovågen och sänder ut den igen. Elektronerna rör sig slumpmässigt (termiskt) och i takt med jonernas rörelser, så varje delvåg har fått ett litet Dopplerskift, och den mottagna signalen är en sammanläggning av alla. Därför kallas tekniken inkoherent spridning (eng. incoherent scatter). Ur det mottagna spektrumet kan man läsa ut flera storheter: ekots styrka ger elektrontätheten, spektrumets bredd ger elektron- och jontemperaturerna, och spektrumets förskjutning ger plasmats hastighet längs strålen (figur 3).⁴

Figur 3. Principen för EISCAT 3D, schematiskt och inte skalenligt. Tre stationer ser samma volym, vilket gör att hastighetens riktning kan bestämmas. Det mottagna spektrumet innehåller elektrontäthet (area), temperaturer (bredd) och hastighet (förskjutning).

EISCAT (European Incoherent Scatter Scientific Association) grundades i december 1975. Medlemmar är Sverige, Norge, Finland, Japan, Kina och Storbritannien, och huvudkontoret ligger i Kiruna.⁵

Tabell 3. EISCAT-radarerna.

Radar	Plats	Frekvens	Våglängd
UHF	Tromsø, Norge	930 MHz	ca 32 cm
VHF	Tromsø, Norge	224 MHz	ca 1,34 m
ESR	Svalbard	500 MHz	ca 60 cm
EISCAT 3D	Skibotn, Kaiseniemi och Karesuvanto	233 MHz	ca 1,29 m

EISCAT 3D#

EISCAT 3D är nästa generation: en fasstyrd grupp, alltså en antenn utan rörliga delar där strålen styrs elektroniskt (se radarteknik). Stationen i Skibotn i Norge både sänder och tar emot och har ca 10 000 antenner. Stationerna i Kaiseniemi i Sverige och Karesuvanto i Finland tar bara emot och har ca 5 000 antenner vardera.⁶ Första steget ger ca 5 MW toppeffekt. Byggandet började i november 2022.

Eftersom tre stationer ser samma volym kan man bestämma plasmats rörelse som en vektor i stället för bara komponenten längs strålen, och strålen kan flyttas på några millisekunder. Enligt uppgifter på EISCAT:s webbplats, som saknar datum, är antennerna i Kaiseniemi och Karesuvanto färdiginstallerade och Skibotn nästan klar. Enligt en sammanställning från januari 2026 var anläggningen då ännu inte i drift. Aktuell status bör kontrolleras hos EISCAT.

Esrange och markstationer#

En satellit behöver en markstation för tre saker: telemetri (eng. telemetry), där satelliten rapporterar sitt tillstånd, spårning (eng. tracking), där man mäter avstånd och Dopplerskift för att bestämma banan, och kommando (eng. command), där marken skickar order. Tillsammans kallas det TT&C. Dessutom laddar man ned det uppdraget mäter: bilder, spektra eller annan nyttolast. TT&C ligger ofta i S-band, där signalen är robust, medan stora datamängder från jordobservation tas ned i X-band och Ka-band (se frekvensbanden i satellitkommunikation).

Esrange (Swedish Space Corporation, SSC) ligger ca 40 km från Kiruna, på 67,88° nord och 21,07° öst. Stationen har S-, X- och Ka-bandsutrustning och TT&C-antenner med 7,3–13,5 m diameter.⁸ Läget långt norrut är en fördel för satelliter i polära banor, eftersom spåren går samman mot polen.

Räkneexempel: varför en polarstation ser fler överflygningar

En satellit på 693 km höjd syns från marken ned till 5° elevation inom ett cirkelområde med radien $ρ = \arccos (R \cos ε / (R + h)) - ε$ , där $R = 6371$ km och $ε = 5^{\circ}$ :

ρ = \arccos (\frac{6371 \cdot \cos 5^{\circ}}{7064}) - 5^{\circ} \approx 21, 0^{\circ} \approx 2 340 k m

Spåren för en nära polär bana samlas mot polen (figur 4). På ekvatorn ligger spåren spridda och bara några av dygnets ca 14,6 omlopp passerar inom 2 340 km. Vid 68° nord ligger spåren tätt, och många omlopp passerar nära. En enkel simulering (cirkulär bana, lutning 98,18°, minsta elevation 5°) ger i genomsnitt ca 10 överflygningar per dygn vid Esrange, ca 5 vid 45° nord och ca 3,5 vid ekvatorn (medelvärde över 12 dygn). Det är en grov egen beräkning som visar principen, och verkliga siffror beror på bana och tidpunkt.

Figur 4. Varför en station långt norrut passar polära satelliter. Spåren gäller ett dygn för en bana på 693 km och 98,18° lutning, beräknade med enkel banmodell. Fetare spårdelar ligger inom synradien 21° kring Esrange. Staplarna visar överflygningar per dygn i en förenklad simulering.

Regeringen beslutade den 31 mars 2026 om ett kapitaltillskott på 386 miljoner kronor till SSC för uppskjutningsförmåga, och beskriver Esrange som den enda operativa rymdbasen på EU:s fastland.⁹ Esrange har alltså både en roll för satelliternas markkontakt och som uppskjutningsplats.

Djuprymdskommunikation#

Länkar till rymdfarkoster långt från jorden är de mest extrema radiolänkarna. Den fria rymd-dämpningen $L = 92,45 + 20 \log_{10} d_{k m} + 20 \log_{10} f_{G H z}$ (se fri rymd-dämpning och länkbudget) växer med avståndet, och i figur 5 syns hur den stiger från låg bana till planetavstånd.

Figur 5. Fri rymd-dämpning vid 8 GHz (X-band) för olika avstånd. En astronomisk enhet (AU) är avståndet jord–sol, ca 150 miljoner km. Dämpningen mellan 693 km och 1 AU är över 100 dB. Den streckade linjen visar GNSS-signalen vid 1,575 GHz (182,5 dB).

Räkneexempel: en länk vid 1 AU

Antag en farkost med 20 W (13 dBW) och en antenn med förstärkningen 40 dBi, som sänder i X-band (8 GHz) till en jordstation med en 70 m parabol. Förstärkningen för en parabol är $G = η (π D / λ)^{2}$ , och med $η = 0,6$ och $λ = 3,75$ cm blir den ca 73 dBi. Avståndet är 1 AU $= 1,496 \cdot 10^{11}$ m:

L = 92,45 + 20 \log_{10} (1,496 \cdot 10^{8}) + 20 \log_{10} (8) \approx 274,0 d B

P_{r} = 13 + 40 + 73 - 274 = - 148 d B W \approx - 118 d B m

Brusdensiteten vid 290 K är $- 174$ dBm/Hz, så $P_{r} / N_{0} = - 118 + 174 = 56$ dB-Hz. Med $E_{b} / N_{0} = 3$ dB (ett krav som felrättande koder gör möjligt, se kanalkapacitet) blir bitraten ca $10^{(56 - 3) / 10} \approx 200$ kbit/s. Den mottagna effekten, −118 dBm, är i samma storleksordning som en GNSS-signal (−128,5 dBm), men jordstationen har en antenn med 73 dBi förstärkning och en lägre brusstemperatur än 290 K. Alla värden är antaganden för att visa hur länken räknas, och verkliga system skiljer sig.

NASA:s Deep Space Network har tre anläggningar, i Goldstone i Kalifornien, vid Madrid och vid Canberra, så att en farkost alltid syns från någon av dem när jorden roterar. Antennerna är 34 m och 70 m i diameter, och banden är S-band (ca 2 GHz), X-band (ca 8 GHz) och Ka-band (ca 32 GHz).¹⁰ Högre frekvens ger mer förstärkning för samma antennstorlek och mer bandbredd, men kräver noggrannare ytor och styrning.

Svenska satelliter#

Svenska forskningssatelliter har ofta gått i solsynkrona banor (se polära och solsynkrona banor). Tre exempel visas i tabell 4, och historiska satelliter som Viking, Freja, Astrid och Prisma har bland annat bidragit med IRF:s instrument.

Tabell 4. Tre svenska satelliter.

Satellit	Uppskjuten	Bana	Uppdrag
Odin	2001-02-20	Solsynkron, ca 622 km	Radiometrar för 486–580 GHz och 119 GHz. Styrdes från Esrange. Brann upp 2026-08-03.
MATS	2022-11-04 (Electron)	Solsynkron gryning/skymning, ca 600 km	Avbildar luftglöd på ca 100 km höjd för att kartlägga atmosfärsvågor.
GNA-3	2024-08-16 (Transporter 11)	Solsynkron	Försvarsmaktens första militära satellit, för kommunikationsprov. Uppskjutningen meddelades 2025-01-31.

Kontrollfrågor#

Vad skiljer aktiv från passiv fjärranalys? Ge ett exempel på vardera.

Aktiv fjärranalys sänder en signal och mäter ekot, till exempel en SAR som Sentinel-1. Passiv fjärranalys lyssnar på den naturliga mikrovågsstrålningen, till exempel radiometern på SMOS som mäter markfuktighet i L-band.

Vilken våglängd har Sentinel-1:s radar (5,405 GHz), och hur stor fasändring ger en markrörelse på 1 mm längs siktlinjen?

$λ = c / f \approx 5,55$ cm. $Δ φ = 4 π Δ r / λ \approx 4 π \cdot 0,001 / 0,0555 \approx 0,23$ rad, alltså ca 13°. Ett helt fasvarv motsvarar $λ / 2 \approx 27,7$ mm.

Sentinel-1 gör 175 omlopp på 12 dagar och har 250 km svepbredd. Hur stort är avståndet mellan spåren vid ekvatorn, och räcker svepbredden för full täckning?

$40 075 / 175 \approx 229$ km. Svepbredden på 250 km är större, så spåren överlappar med ca 21 km och ekvatorn täcks under en cykel.

Vad är ljustemperatur, och varför sjunker den när marken blir fuktigare?

Ljustemperaturen är $T_{B} \approx ε T$ , där $ε$ är emissiviteten. Våt jord har högre dielektricitetskonstant och lägre emissivitet än torr jord, så vid samma fysiska temperatur är $T_{B}$ lägre.

Varför kan en EISCAT-radar på 233 MHz skicka signaler genom jonosfären, medan en kortvågssignal på 10 MHz reflekteras?

Plasmafrekvensen vid elektrontätheten $10^{12} m^{- 3}$ är ca 9 MHz. Vågor under den reflekteras, medan vågor långt över den, som 233 MHz, passerar nästan oförändrade. Bara en liten del sprids tillbaka mot elektronerna.

Vilket dopplerskift ger en plasmahastighet på 1 km/s längs strålen vid 233 MHz?

$f_{D} = 2 v / λ = 2 \cdot 1000 / 1,29 \approx 1,55$ kHz.

Vad är TT&C, och varför är en markstation som Esrange bra för polära satelliter?

Telemetri, spårning och kommando. Satelliter i polära banor passerar över polområdena nästan varje varv, och spåren samlas mot polen, så en station på 68° nord har kontakt många gånger per dygn.

Hur mycket större är den fria rymd-dämpningen vid 1 AU och 8 GHz än för en GNSS-signal på 1,575 GHz från 20 200 km?

274,0 dB mot 182,5 dB, alltså ca 91,5 dB mer, en faktor ca $1,4 \cdot 10^{9}$ (mer än en miljard gånger).

ESA, ”Sentinel-1: Facts and figures”, besökt 2026-10-25: C-bandsfrekvens 5,405 GHz, bana 693 km solsynkron och polär, 12 m lång radarantenn, lägen och upplösning, uppskjutningsdatum 3 april 2014, 25 april 2016, 5 december 2024 och 4 november 2025, och återbesök på sex dagar vid ekvatorn med två satelliter. ↩↩↩
Wikipedia, ”Sentinel-1”, besökt 2026-10-25 (sekundärkälla): 12-dagarscykel med 175 omlopp och omloppstid 98,6 minuter, Sentinel-1B utan ström sedan 23 december 2021 och uppdraget avslutat 3 augusti 2022, öppen datapolicy. ↩↩↩
Wikipedia, ”Soil Moisture and Ocean Salinity”, besökt 2026-10-25 (sekundärkälla): uppskjuten 2 november 2009, instrumentet MIRAS i L-band (1,4 GHz). ↩
Wikipedia, ”Incoherent scatter”, besökt 2026-10-25 (sekundärkälla): intensiteten ger elektrontätheten, spektrumbredden temperaturerna och medelförskjutningen plasmats driftshastighet. ↩
Wikipedia, ”EISCAT” (sekundärkälla): grundad december 1975, medlemmar Sverige, Norge, Finland, Japan, Kina och Storbritannien, UHF 930 MHz och VHF 224 MHz i Tromsø samt ESR på Svalbard med 500 MHz. EISCAT:s huvudkontor ligger i Kiruna. ↩
EISCAT, ”EISCAT 3D” (eiscat.se/eiscat_3d/): 233 MHz, Skibotn med ca 10 000 antenner, Kaiseniemi och Karesuvanto med ca 5 000 vardera, första steget ca 5 MW, bygget startat november 2022. Status: ”not yet operational” per januari 2026 i underlaget, och EISCAT:s statussida saknar datum. ↩
IRF, Infoblad (irf.se/Infoblad-svenska.pdf). ↩
SSC, ”Esrange Ground Station”, besökt 2026-10-24: koordinater, S-, X- och Ka-band, TT&C-antenner 7,3–13,5 m. ↩
Regeringen, pressmeddelande 2026-03-31, ”Ytterligare steg för Sverige som rymdnation” (https://regeringen.se/pressmeddelanden/2026/03/ytterligare-steg-for-sverige-som-rymdnation/): 386 Mkr i kapitaltillskott till SSC för uppskjutningsförmåga. ↩
Wikipedia, ”NASA Deep Space Network”, besökt 2026-10-25 (sekundärkälla): S-, X- och Ka-band, 34 m- och 70 m-antenner, anläggningar i Goldstone, Madrid och Canberra. ↩
Stockholms universitet, ”The MATS satellite”, besökt 2026-10-25: ”clerical error with licensing of communication frequencies”. ↩

Kunskapsbanken är en sammanställning för utbildning och referens. Den ersätter inte gällande föreskrifter och ger ingen rätt att sända. Kontrollera alltid aktuella villkor hos PTS.