Instrumentenlandesystem

ILS-Funktionsschema (GP = Gleitwegsender, L = Landekurssender, σ = Landekursebene, λ = Gleitwegebene)

Abbildung der Sendekeulen von Landekurssender (Localizer) und Gleitwegsender (Glideslope)

Das Instrumentenlandesystem (engl. instrument landing system, ILS) ist ein bodengestütztes System, das die Piloten in der Flugphase des Endanflugs bei der Navigation zur Landebahn unterstützt. Es erlaubt den Flugbesatzungen, auch bei Nacht und schlechten Sichtverhältnissen (IMC) Präzisionsanflüge durchzuführen.

Das System besteht aus am Boden installierten Sendern, die zwei Leitstrahlen erzeugen und den Weg zum Aufsetzpunkt auf der Landebahn weisen. Ein Empfänger im Flugzeug verarbeitet die Signale und zeigt auf einem Instrument im Cockpit den Kurs (Richtung) und Gleitpfad (Sinkwinkel) zum Landepunkt an. Wenn das System mit einem Autopiloten verbunden ist, kann der Anflug auch teilweise oder komplett automatisch durchgeführt werden. Zur Signalisierung der verbliebenen Entfernung bis zum Aufsetzpunkt auf der Landebahn können zusätzlich bis zu drei Einflugzeichen (Marker-Beacons) eingesetzt werden. Die Marker-Beacons werden zunehmend mit einem DME/N zur Messung der Schrägentfernung (en. Slant-Range) ergänzt bzw. in Deutschland zunehmend durch DME/N Technik ersetzt.

Für Landungen nach Instrumentenflugregeln (IFR, englisch Instrument Flight Rules) müssen Luftfahrzeuge gemäß der FSAV ^{§ 3} mit den geforderten Bordgeräten und Anzeigeinstrumenten für Kapitän und Co-Pilot ausgerüstet sein.

Geschichte

Vor der Entwicklung von ILS die mittels Funkwellen dem Luftfahrzeugführer einen Anflug auf einem Flugplatz ermöglichten, gab es verschiedene andere Ansätze.

Im Deutschen Reich der Weimarer Republik erprobte ab 1931 die Deutsche Luft Hansa das ZZ-Verfahren für Landungen bei schlechter Sicht. Dieses erste bodengestützte Landesystem war zeitaufwendig und erforderte hohen Einsatz von Pilot und Bodenpersonal. Die Peilstelle des Flughafens musste während des gesamten Anflugs Informationen an den Piloten bzw. Navigator übermitteln.

In den USA wurde mit der Entwicklung eines ersten ILS Systems im Auftrag des Bureau of Standards for the Aeronautics Branch of the Department of Commerce in 1928 begonnen. Die erste erfolgreiche Landung erfolgte am 29. September 1929 Mitchell Field. In den folgenden Jahren wurde das ILS System weiterentwickelt. ^S.286

Lorenz-System - Leitstrahl-Landefunkfeuer

AFN 2: historisches „Anzeigegerät für Funknavigation“, Fabrikat Siemens Apparate und Maschinen (SAM), Kreuzzeigerinstrument einer Lorenz Funk-Landeanlage, 1943

Anfang der 1930er Jahre entwickelte die Berliner C. Lorenz AG ein automatisiertes Verfahren, das kein Bodenpersonal benötigte. Die C. Lorenz AG installierte 1932 das erste dieser Lande-Funkfeuer (LFF, auch „Lorenzbake“ genannt) am Flughafen Berlin-Tempelhof. Im Gegensatz zu heutigen ILS, die bezogen auf den Aufsetzpunkt einer Landebahn die Signale abstrahlen, war der Bezug der Lorenz Ultrakurzwellen-Funkbake die Rollfeldgrenze eines Flughafens, da Flugplätze damals nur in wenigen Fällen über eine Landebahn (englisch runway, RWY) verfügten. Dieses LFF bot mit dem Landekurssender lediglich eine laterale (seitliche) Führung. Zusätzlich waren zwei Einflugzeichensender (Vor- und Haupt-Einflugzeichen, VEZ/HEZ) zur Signalisierung der Rollfeldgrenze in bestimmter Entfernung vor dieser aufgestellt; der Gleitpfad (vertikale Führung) wurde noch nicht signalisiert.

Das Lorenz-System lieferte dem Piloten einen durchgehenden Ton wenn er sich innerhalb weniger Grad links und rechts der verlängerten Anfluggrundlinie befand. Links davon waren Punkte mit 1/7 der Dauer eines Striches zu hören, während rechts davon die Striche die 7 fache Länge eines Punktes hatten. Zur Bestimmung der Entfernung der Anfluglinie gab es einen Outer-Marker (OM, dt. Außen-Marker) in 3000 m Enternung, sowie einen Innen-Marker (IM) in 300 m Entfernung. In 1937 war das das Lorenz Landesystem an deutschen Flughäfen, in Europa in London, Paris, Mailand, Stockholm, Warschau, Wien and Zürich, sowie in Japan und Russland im Einsatz. Die Nutzung weiterer Systeme in Australien, Südamerika und Südafrika waren in Vorbereitung.

Die deutsche Luftwaffe stattete Ende der 1930er Jahre ihre Flugplätze und die größeren zweimotorigen Maschinen mit Lorenz-Anlagen aus (siehe auch: Lorenz Funknavigations- und Landesysteme). Im Frühjahr 1941 führten in Deutschland die Askania-Werke mit einer Junkers Ju 52/3m erste erfolgreiche Versuche mit einem vollautomatischen Landesystem durch. Das System wurde während des Zweiten Weltkriegs nicht weiterentwickelt.

Die Entwicklung eines weiteren in den USA standardisiertem ILS-System begann im Mai 1938 mit einer Ausschreibung der U.S. CAA (U.S. Civil Aeronautics Authority). Die Anforderungen wurden zuvor bereits am 17. Dezember 1937 von der RTCA (Radio Technical Committee for Aeronautics) auf ihrem 6. Meeting definiert, aufbauend auf den vorherigen ILS Versionen mit den neuesten damals verfügbaren Elektro-Standard (State of the Art). Der Auftrag ging an die International Telephone Development Company, Inc die eine Test ILS Testanlage bestehend aus ILS-Lokalizer (108 MHz bis 112 MHz), ILS-Gleitweg (damals noch 92 MHz bis 96 MHz) und ILS Marker (75 MHz) in Indianapolis aufbauten. Es wurden über 50 erfolgreiche „Hooded Landings“ mit Douglas DC3, Boing 247 und Waco N Flugzeugen durchgeführt.^{S.288 ff}

Die Praxistauglichkeit des dort entwickelten ILS wurde am 26. Januar 1938 bewiesen, als eine Boeing 247 nach einem Flug von Washington, D.C. nach Pittsburgh (Pennsylvania) während eines Schneesturms landete und die Piloten sich dabei ausschließlich auf das ILS verlassen mussten.

Ein weiterer Entwicklungsschritt in den USA zum heutigen ILS-System, das schon weitestgehend dem ersten in ICAO Annex 10 Standards ^Nr.2 definierten ILS-System entsprach, war das transportable ILS SCS-51, welches damals auch als (CAA-)RTCA ILS bezeichnet wurde. ^{S.179 ff} Der Lokalizer des SCS-51 nutzte 5 Alford Loop die auf dem Dach eines LKW montiert waren, während der Gleitweg sich auf einem Anhänger an einem Mast befand. ^{S.190 ff} Die US CAA unternahm ebenfalls Versuche mit einer ILS-LLZ Antenne die aus 9 Alford-Loop Antennen bestand. ^{S.186 ff}

Frequenzen

ILS-LLZ (Instrument Landing System-Localizer, dt. ILS-Landekurssender) senden auf Frequenzen mit 50 kHz Kanalabstand auf ungeraden 100 kHz Frequenzen zwischen 108,100 MHz und 111,950 MHz (108,100 MHz, 108,150 MHz, 108,300 MHz usw.). ^{Nr. 2.1.1, chapt.3, Table A.} während(D)VOR und VOT im Bereich 108,000 bis 111,850 MHz auf geraden 100 kHz Frequenzen (108,000 MHz, 108,050 MHz, 108,200 MHz usw.). ^{chapt.3, Table A Nr. 3.1.1,} und zwischen 112.000 MHz bis 117,950 senden. Zusätzlich ist der Bereich 108,025 MHz bis 117,975 MHz für die Nutzung von GBAS (Ground Base Augmentation System) im 25 kHz Kanalabstand verfügbar. ^{Nr. 4.1.1}

Die zu den ILS-LLZ frequenzgepaarten ILS-GP (Instrument Landing System-GP Sender) nutzen Frequenzen im UHF Bereich gemäß ^{Nr. 3.1.6}.

Alle Marker, IM (Inner-Marker), MM (Middle Marker) und OM (Outer Marker) senden im Frequenzbereich 74,6 bis 75,4 MHz auf 75 MHz ± 0,005 % ^{Nr. 3.1.7}, der auch für En-Route VHF Marker Beacons verwendet wird. ^{Nr. 3.6}

Sofern ein ILS mit einem DME/N zu einem ILS/DME gepaart wird, muss eine Frequenzpaarung beider Frequenzen gemäß Vorgaben in OCAO Annex 10 erfolgen. ^{Table A.}

Ferner ist prinzipiell auch ein Triple Pairing zwischen einem ILS, MLS und DME/N zu einem ILS/MLS/DME vorgesehen, ^{Table A.} was in Europa aufgrund von Frequenzknappheit (Frequency Congestion) und nur noch selten genutzten MLS-Anlagen derzeit nicht mehr genutzt werden.

Nach erfolgreicher internationalen Frequenzkoordinierung, technischer und operativer Freigabe werden ILS Anlagen unter anderem in Luftfahrtkarten und der IFR-AIP (Luftfahrthandbuch) veröffentlicht.

Komponenten

Ein 1f-ILS-System besteht aus maximal fünf aktiven Sendern (ILS-LLZ, ILS-GP, IM, MM, OM) und Reservesendern die im Störungsfall verzögerungsfrei den Betrieb des gestörten Senders übernehmen. ILS-LLZ und ILS-GP bestehen intern aus weiteren Sendern, deren Signale kombiniert werden. Dem Landekurssender (engl. localizer, LOC oder LLZ), der die seitliche Abweichung des Landekurses bezogen auf die RWY-Mitte des anfliegenden Flugzeugs anzeigt, dem ILS-GP (Glideslope oder Glidepath), der seine vertikale Abweichung vom Gleitweg, häufig 3°, anzeigt, sowie dem IM (Inner-Marker), MM (Middle Marker) und OM (Outer Marker), wobei jeweils ein Ersatzsender im Hot-Standby betrieben wird.^{Nr. 3.1.}

Bei 2f-ILS-Systemen (zwei Frequenzen) erhöht sich die Senderzahl auf maximal sieben Sender und Reservesendern die im Störungsfall verzögerungsfrei den Betrieb des gestörten Senders übernehmen. ILS-LLZ und ILS-GP bestehen intern aus weiteren Sendern deren Signale kombiniert werden. ^{Nr. 3.1.}

Zum Betrieb und Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion eines ILS-Systems werden zusätzlich zu der in jedem Sender vorhandenen internen Überwachungseinrichtung zusätzliche externe Überwachungsempfänger benötigt. Diese Monitor-Empfänger überwachen die die abgestrahlten Signale und shalten das gesamte System ab, wenn die Signale außerhalb einer festgelegten Toleranz liegen. Bei CAT I fähigen ILS-Anlagen wird ein NFM (Nahfeldmonitor) und bei CAT II/III fähigen ILS-Anlagen ein zusätzlicher FFM (Fernfeldmonitor) gefordert. ^{Nr. 3.1.2.1.}

ILS-LLZ Prinzip der Erzeugung der DDM (Difference in Depth of Modulation) im Fernfeld des ILS-LLZ Anntennen-Arrays

Zur Signalisierung der Entfernung zum Landebahnanfang können bis zu drei Marker zum Einsatz kommen, die aber alternativ durch eine DME-Anlage ersetzt oder ergänzt werden können. ^{Att. C, Nr. 2.11} In Deutschland sind keine Inner-Marker mehr in Betrieb und es werden, soweit operationell gefordert, die ILS-Anlagen auf ILS/DME-Systeme ohne Nutzung von Marker-Beacons umgestellt. Bei einem ILS/DME werden das Voreinflugzeichen (OM) und das Haupteinflugzeichen (MM) durch ein sogenanntes DME-Reading ersetzt. Bei Kombinationen eines ILS mit einem DME/N zu einem ILS/DME und bei Kombination von ILS, MLS und DME/N zu einem ILS/MLS/DME ist eine Frequenzpaarung gemäß Annex 10 Vol.I Table A. zwingend erforderlich. ^{Table A.}

Landekurssender

Landekurssender (Rückseite) für die Landebahn 27R des Flughafens Hannover (EDDV/HAJ)

Das Antennensystem des Landekurssenders (engl. localizer, LOC oder LLZ) steht im Abflugsektor, ca. 300 m mittig hinter dem Ende der Landebahn (engl. stop end of runway) und besteht aus mehreren, paarweise angeordneten Richtantennen (gestreckte λ/2-Dipole). Der Localizer informiert die Piloten über ihre laterale Position in Bezug auf die Anfluggrundlinie (engl. centerline). Er zeigt den Piloten also, ob sie weiter rechts oder links fliegen müssen, um exakt in der Landebahnmitte aufzusetzen.

Die beiden Localizer besitzen eine Sendeleistung von 25 bis 50 Watt (unmodulierter Träger) und arbeiten in einem Frequenzbereich von 108,10 MHz bis 111,95 MHz.

ILS-LLZ Antennensystem

Die DDM (Difference in Depth of Modulation, dt. Differenz im Modulations-Index des 90 Hz und des 150 Hz Tons) wird nicht im ILS-LLZ Sender auf die ILS-LLZ Trägerfrequenz aufmoduliert, sondern entsteht erst im Fernfeld des ILS-LLZ Anntennen-Arrays. Zur Erzeugung des ILS-LLZ DDM zwischen dem 90Hz und 150 Hz Signal im Raum, d. h. links und rechts der verlängerten Landebahn Mittellinie werden die Antennen über ein Verteilungsnetzwerk mit CSB-Signal (Carrier and Side Band, dt. Ampituden Modulation Träger mit beiden Seitenbänder) und dem SBO-Signal (Side Bands Only, dt. AM ohne Träger mit beiden Seitenbändern) gespeist. Zur Erzeugung des DDM zwischen dem 90 Hz und dem 150 Hz Ton im Raum werden minimal 3 Antennen benötigt , s.Abbildung). ILS-LLZ Antennen-Arrays nutzen zwischen 5 und 32 (Richt-)Antennen, mit oder ohne Reflektor. Je mehr Antennen verwendet und je größer der Gewinn einer einzelnen (Richt-)Antenne oder durch Nutzugn eines Reflektors ist, desto schmäler wird die Keule des ILS-LLZ Course Signals.

Entlang der der Anfluggrundlinie besteht ein ein Strahlungsmaximum woduch der Modulations-Index des 90 Hz und des 150 Hz Tons gleich ist. Die Strahlungsmaxima liegen beiderseits der Anfluggrundlinie, während auf dieser das DDM zu Null wird. So entstehen links und rechts der Bahn zwei Modulationsfelder, die sich in der Mitte überlagern. Der Localizer-Empfänger im Flugzeug misst die Differenz der Modulationstiefe (engl. Difference in the depth of modulation, DDM) von 90-Hz- und 150-Hz-Signal. Auf der Anfluggrundlinie beträgt die Modulationstiefe für jede modulierte Frequenz 20 %, die Differenz wird zu Null, die senkrechte Nadel des Anzeigeinstruments steht in der Mitte. Nach links abweichend von der Anfluggrundlinie nimmt der Modulationsgrad des 90-Hz-Signals zu, während er für das 150-Hz-Signal gleichzeitig abnimmt, die senkrechte Nadel des Anzeigeinstruments wandert nach rechts und weist den Piloten nach rechts (fly into the needle), um wieder auf die Landebahnmitte zuzufliegen. Abweichend von der Anfluggrundlinie in die andere Richtung nimmt der Modulationsgrad des 90-Hz-Signals ab, während er für das 150-Hz-Signal gleichzeitig zunimmt, die senkrechte Nadel des Anzeigeinstruments wandert nach links und weist den Piloten nach links, um wieder auf die Landebahnmitte zuzufliegen.

Die Modulationsgraddifferenz DDM zwischen den zwei Signalen verändert sich linear in Abhängigkeit von der Position des anfliegenden Flugzeugs bis zum jeweiligen Vollausschlag des Zeigerinstrumentes (Kreuzzeiger, crosspointer) bei 5 Punkten, was einer DDM von 15,5 % entspricht. Die Anfluggrundlinie wird also gebildet als Linie mit konstanter DDM = 0.

Der Localizer kann auch beim Anflug von der anderen Seite genutzt werden, sofern das ILS-LLZ Antennen_Array auch ein ILS-LLZ Signal in die Gegenrichtung erzeugt. Dieses Verfahren wird Backcourse oder Backbeam genannt, da hier der Backbeam der Antennen, also die Abstrahlung in der entgegengesetzten Richtung verwendet wird. Es gibt allerdings bei einem Backcourse-Anflug keine Glideslope-Unterstützung. Da bei einem Backcourse-Anflug die vertikale Führung durch den Gleitweg fehlt, ist ein solcher Anflug ein reiner Non-Precision-Anflug mit sehr hohen Mindestsinkflughöhen MDA/MDH. Weiter ist zu beachten, dass nun ein links und rechts gespiegelt sind man daher ein umgekehrtes Signal empfängt. Wenn man beim Backbeam-Anflug eine Localizer-Anzeige von zu weit rechts empfängt, muss man entgegengesetzt steuern, also nach rechts, um auf den richtigen Kurs zu kommen. In Deutschland ist dieses Anflugverfahren nicht mehr zugelassen. In Europa wird kein Backbeam Anflugverfahren mehr verwendet

Gleitwegsender

Gleitwegsender für RWY 09R des Flughafens Hannover

Das Signal des Gleitwegsenders (englisch glideslope, kurz GS oder glide slope, kurz G/S, auch glide path transmitter, kurz GP) wird im Glideslope-Empfänger verarbeitet und zeigt den Piloten die vertikale Abweichung vom optimalen Gleitweg (glide path, GP) an. Bei einem Anflugwinkel (Anflugprofil/Gradient) von 3 Grad und einer RDH (Reference Datum Height) von 50 ft (15 m) liegt der Aufsetzpunkt ca. 280 m hinter der Landeschwelle (threshold, THR).

Der Sender steht seitlich neben der Bahn in Höhe des Aufsetzpunktes und arbeitet auf einer Frequenz im Bereich 329–335 MHz, also deutlich höher als der Landekurssender mit Senderausgangsleistungen von bis zu 60 Watt (unmoduliert) bei Röhrenendstufen. Die beiden Frequenzen (Kanäle) von Landekurs- und Gleitwegsender sind fest miteinander gepaart; somit brauchen die Piloten nur den Landekurssender einstellen, und die Frequenz des zugehörigen Gleitwegsenders wird automatisch mit selektiert. Das Funktionsprinzip ist analog zum Landekurssender, nur sind die beiden Strahlungskeulen des Gleitwegsenders vertikal ausgerichtet, statt horizontal wie beim Localizer. Auf der jeweiligen Trägerfrequenzen sind in Amplitudenmodulation zwei Signale mit 90 und 150 Hz mit einer Modulationstiefe von 40 % aufmoduliert, die von den Antennen so abgestrahlt werden, dass entlang des 3°-Anflugweges ein Strahlungsmaximum liegt, das Carrier Side Band (CSB) genannt wird. Über dieselben Antennen wird amplitudenmoduliert ein weiteres Signal ohne Trägeranteil (Zweiseitenband/unterdrückter Träger – DSBSC) abgestrahlt, das sogenannte Side Band Only (SBO). Seine Strahlungsmaxima liegen unter- und oberhalb des 3°-Anflugweges, während es auf diesem zu Null wird. So entstehen unterhalb und oberhalb des 3°-Anflugweges zwei Modulationsfelder, die sich in der Mitte überlagern. Der Glideslope-Empfänger im Flugzeug misst die Differenz der Modulationstiefe (Difference in the depth of modulation, DDM) der 90-Hz- und 150-Hz-Signale. Auf dem 3°-Anfluggradienten beträgt die Modulationstiefe für jede modulierte Frequenz 40 %, die Differenz wird zu Null, die waagerechte Nadel des Anzeigeinstruments steht in der Mitte.

Bei Abweichungen vom 3°-Anfluggradienten nach oben (Maschine zu hoch) nimmt der Modulationsgrad des 90-Hz-Signals zu, während er für das 150-Hz-Signal abnimmt, die waagerechte Nadel des Anzeigeinstruments wandert nach unten und zeigt den Piloten, dass sie mit der Maschine tiefer gehen müssen („fly into the needle“), um wieder auf den 3°-Anfluggradienten zurückzukehren. Fliegen sie zu tief, nimmt der Modulationsgrad des 90-Hz-Signals ab, während er für das 150-Hz-Signal gleichzeitig zunimmt, die waagerechte Nadel des Anzeigeinstruments wandert nach oben und zeigt den Piloten, dass sie Höhe gewinnen müssen.

Der Anflugwinkel bei einem ILS-Anflug CAT I liegt typischerweise zwischen 2,5 und 3,5 Grad, idealerweise 3,0 Grad. Am London City Airport beträgt der GP 5,5°. Beim ILS-Anflug CAT II/III muss der Gleitwinkel 3 Grad betragen. Das Anzeigegerät zeigt den Piloten an, ob sie nach oben oder unten steuern müssen, um den Aufsetzpunkt der Landebahn zu erreichen. In fast allen modernen Flugzeugen können die eintreffenden Signale des Instrumentenlandesystems vom Autopiloten verwendet werden, sodass ein Anflug automatisiert erfolgen kann. Je nach Anflugkategorie übernehmen die Piloten bereits vor der Landung die manuelle Kontrolle und landen oder nach einer automatischen Landung, wenn das Flugzeug bereits ausrollt.

Einflugzeichen

Middle-Marker-Sender Hannover RWY EDDV 09L

Outer-Marker-Sender RWY EDLV 27 des Verkehrsflughafens Niederrhein (Airport Weeze)

Einflugzeichen oder Marker sind Funkfeuer, die auf dem Anflugweg mit einer Sendeleistung von 0,2 bis 0,5 Watt senkrecht nach oben abstrahlen. Der Empfang beim Überflug stellt eine weitere Verifikation eines ordnungsgemäßen Anfluges dar. Alle Marker senden auf 75 MHz.

Im Endanflug werden nacheinander Voreinflugzeichen (Outer Marker, OM oder LOM), Haupteinflugzeichen (Middle Marker, MM) und – das in Deutschland nicht mehr gebräuchliche – Platzeinflugzeichen (Inner Marker, IM) überflogen. Das entsprechende Tonsignal wird dabei immer höher.

Sie stehen meist vier nautische Meilen (NM) (7,4 Kilometer) (Outer Marker, OM oder LOM) bzw. eine halbe NM (0,9 Kilometer) (Middle Marker, MM) vor der Landeschwelle (englisch threshold, THR). Beim Überfliegen lösen sie ein Tonsignal und/oder eine blinkende Anzeige aus.

Immer häufiger werden bestehende Marker durch ein DME/N (englisch Distance Measuring Equipment, Narrow Spectrum) ergänzt und damit zu einem ILS/DME aufgewertet, oder werden durch ein DME/N ersetzt. Sofern ein ILS mit einem DME/N zu einem ILS/DME gepaart wird, muss eine Frequenzpaarung der ILS- und der DME Frequenzen gemäß Vorgaben in OCAO Annex 10 erfolgen. ^{Table A.} Das DME liefert die Schräg-Entfernung (en. Slant Range Distance) in nautischen Meilen bezogen auf die Landeschwelle auf einer numerischen Anzeige im Cockpit. Je nach betrieblichen Anforderungen können DME-Antennen mit (bi-)direktionalem oder rundstrahlendem Antennendiagramm zum Einsatz kommen. Bei Abstrahlung in nur einer Anflugrichtung wird die DME-Antenne i.d.R am Mast der Gleitwegantenne angebracht und es werden direktionale Antennendiagramme verwendet.

Ein DME/N kann aber auch für beide Anflugrichtungen einer Landebahn verwendet werden, sofern beide Anflugrichtungen dieselbe gleiche ILS/DME-Frequenzen nutzen. In diesem Fall werden der DME/N-Transponder und die DME-Antenne i. d. R. auf halber RWY-Länge neben der Landebahn platziert. Es können rundstrahlendende oder bi-direktional strahlende DME zum Einsatz kommen. Die Schrägentfernung variiert dabei je nach RWY-Länge zwischen den Aufsetzpunkten und dem eingestellten Schrägentfernungs-Offset des DME/N und wird in den Anflugverfahren veröffentlicht.

Outer Marker (OM oder LOM)

Das Voreinflugzeichen, der Outer Marker, steht 7200 m ± 300 m vor der Landeschwelle und ist in der Amplitude mit einem Ton von 400 Hz (300 ms an, 100 ms aus) moduliert. Im Cockpit ist beim Überflug dementsprechend ein tiefer 400-Hz-Ton („−−−“) zu hören und die blaue Anzeige „Voreinflugzeichen“ leuchtet auf. Der Outer Marker dient zur Kontrolle des Höhenmessers (barometrisch).

Bei einem ILS-Anflug muss sich das Flugzeug am OM auf dem Gleitpfad befinden. Daher ist auf jeder Anflugkarte die am OM erforderliche Flughöhe über der Landebahn angegeben. Steht der OM ca. 4 NM vor der Landeschwelle und soll der Anflugwinkel 3 Grad betragen, so muss die Maschine beim Überflug des OM noch eine HGT von 1320 ft (ca. 400 m) haben. Die Berechnung lautet: 4 NM × 318 ft/NM + 50 ft Schwellenüberflughöhe (RDH).

Blaue Outer-Marker-Leuchte

Outer-Marker-Sound:

Middle Marker (MM)

Das Haupteinflugzeichen, der Middle Marker, steht 1050 m ± 150 m vor der Landeschwelle und ist mit einem Ton von 1300 Hz (300 ms an, 100 ms aus, 100 ms an, 100 ms aus) höher moduliert als das Signal des Outer Markers. Im Cockpit ist beim Überflug dementsprechend ein 1300-Hz-Ton („−·−·−·“) zu hören und die gelbe Anzeige „Haupteinflugzeichen“ leuchtet auf.

Gelbe Middle-Marker-Leuchte

Middle-Marker-Sound:

Inner Marker (IM)

Das Platzeinflugzeichen, der Inner Marker, ist in Deutschland ungebräuchlich und wird weltweit in der zivilen Luftfahrt ebenfalls kaum noch verwendet. In der militärischen Luftfahrt finden Inner Marker jedoch noch Anwendung. Diese stehen dann unmittelbar an der Landeschwelle, sind mit 3000 Hz amplitudenmoduliert und erzeugen dementsprechend einen hohen 3000-Hz-Ton (100 ms an, 100 ms aus). Im Cockpit leuchtet eine weiße Anzeige und ein „···“-Ton ist zu hören.

Weiße Inner-Marker-Leuchte

Inner-Marker-Sound:

Anflugbefeuerung

Die Anflugbefeuerung ist ein System von Lichtern, die dem Piloten kurz vor der Landung das Erkennen der Landebahn ermöglichen. Es gibt verschiedene Ausführungen, die sich im Aufbau (Nichtpräzisionsanflüge, CAT I oder CAT II/III) unterscheiden.

Optische Signalisierung des Gleitpfads (VASI/PAPI)

Als weitere Möglichkeit zur Kontrolle des richtigen Gleitweges, vor allem für Anflüge bei Dunkelheit, können zusätzlich optische Systeme vorhanden sein. Dies sind VASI (Visual Approach Slope Indicator) und PAPI (Precision Approach Path Indicator), die sich vor allem durch ihre einfache Handhabung auszeichnen, jedoch naturgemäß beide auf eine genügende Flugsicht angewiesen sind.

Bordkomponenten

Kreuzzeigerinstrument (Sowjetunion ca. 1964). Die Marker befinden sich jeweils rechts bzw. unten neben den Zeigerenden.

An Bord befinden sich zumindest Empfänger für das Landekurssignal und das Gleitwegsignal.

In einem herkömmlichen Cockpit mit analogen Instrumenten zeigt ein Kreuzzeigerinstrument, oder kurz Kreuzzeiger, Landekurs und Gleitweg an. Es hat neben zwei sich bei idealem Landekurs im rechten Winkel befindlichen Zeigern Marker, die Auskunft geben, ob die Anzeige auf korrekt empfangenen Signalen oder einem Anzeigefehler beruht. Die Zeigerabweichungen von der Mitte zeigen die Richtung der erforderlichen Anflugkorrektur.

Bei modernen Verkehrsflugzeugen mit Glascockpit werden die ILS-Informationen auf den Multifunktions-Displays dargestellt und können als Datenquelle für den Flight Director verwendet werden.

Ausrüstungsvorschrift der Bordanlagen für ILS-Anflüge

Zur Durchführung von Anflügen nach Instrumentenflugregeln (IFR) wird gemäß §3 der FSAV ^{§ 3} (Flugsicherungsausrüstungs Verordnung gem. Änderung vom 17. Dezember 2018) folgende Ausrüstung zum Empfang der Signale des Instrumenten-Landesystems (ILS) und DME gefordert:

• ein Empfangsgerät für die Signale von ILS-LLZ (ILS-Localizer, dt. ILS-Landekurssender) Flugnavigationsanlagen das das nach gültigem internationalen Standard geforderte Störfestigkeit gegenüber UKW-Rundfunksendern (FM-Immunity) aufweist ^{§ 3, Abs.2, Nr.1}
• ein Empfangsgerät für die Signale von ILS-GP (ILS-Glide Path, dt. ILS-Gleitweg) Flugnavigationsanlagen ^{§ 3, Abs.2, Nr.2}
• ein Empfangsgerät für die Signale von Marker Flugnavigationsanlagen (für ILS- und En-Route-Marker, dt. Einflugzeichen) ^{§ 3, Abs.2, Nr.3}
• ein Anzeigegerät für die gemeinsame Anzeige der Signale der ILS-LLZ und ILS-GP Flugnavigationsanlagen ^{§ 3, Abs.2, Nr.4}

zur Abfrage der Slant-Range Distance (dt. Schrägentfernung) von bei Anflugverfahren genutzten DME/N Transpondern

• ein DME-Interrogator ^{§ 3, Abs.2, Nr.5}

ILS-Kategorien

Wie bei jedem Instrumentenanflug ist auch beim ILS-Anflug das Erreichen der Entscheidungshöhe (engl. decision height, DH bzw. decision altitude, DA) der Moment, in dem die Cockpitbesatzung des anfliegenden Luftfahrzeugs über die weitere Durchführung des Anfluges entscheidet. Sind bei Erreichen der Entscheidungshöhe die (Sicht-)Bedingungen (der fliegende Pilot muss die Landebahn oder Teile der Anflugbefeuerung erkennen) für das Fortsetzen des Anfluges nicht gegeben, muss der Anflug abgebrochen und durchgestartet werden (engl. go around).

Präzisionsanflüge, zu denen auch der ILS-Anflug zählt, werden, abhängig von verschiedenen Faktoren, in unterschiedliche Kategorien eingeteilt:

CAT I

Einfachste Kategorie mit einer Entscheidungshöhe von 200 ft (60 m) über Grund oder mehr und einer Landebahnsicht (engl. runway visual range, RVR) von mindestens 550 m oder einer Bodensicht von 800 m (die Bodensicht wird durch eine von der Behörde bevollmächtigte Person festgestellt)

CAT II

Mittlere Kategorie mit einer Entscheidungshöhe zwischen 100 ft und weniger 200 ft über Grund (30–60 m) und einer RVR von mindestens 300 m.

CAT III

Je nach technischer Ausstattung und Hindernisfreiheit des Flugplatzes ist CAT III noch einmal in CAT IIIa, CAT IIIb und CAT IIIc unterteilt:

CAT IIIa

Entscheidungshöhe zwischen 0 ft und weniger als 100 ft über Grund und RVR mindestens 175 m

CAT IIIb

Entscheidungshöhe kleiner als 50 ft über Grund und RVR weniger als 175 m, jedoch mindestens 50 m

CAT IIIc

Keine Entscheidungshöhe (0 ft) und keine RVR (0 m). Noch nicht zugelassen, da auf den Rollbahnen eine Mindestsichtweite benötigt wird.

Technische Ausrüstung

Der Ausfall bestimmter Komponenten des Flugzeugs im Flug (zum Beispiel des Radarhöhenmessers) reduziert unmittelbar die Fähigkeit des Flugzeugs, Anflüge höherer Kategorien durchzuführen, was in grenzwertigen Wetterlagen das Ausweichen des Flugzeugs vom eigentlichen Zielflugplatz zu einem Alternativziel erforderlich macht. Die ILS-Signale der Flugplätze müssen periodisch mittels Messflügen geprüft werden, da zum Beispiel Gebäude und Baukräne diese stören können.

Ein Beispiel für eine solche ILS-Störung ist ein Zwischenfall auf dem Flughafen München im Jahre 2011. Die Anflüge wurden unter ILS CAT I durchgeführt. Ein startendes Flugzeug störte die ILS-Signale. Daraufhin steuerte der Autopilot die Boeing 777, welche ohne Rücksprache mit der Flugsicherung unter CAT IIIB angeflogen wurde, noch vor dem Aufsetzen nach links; das Flugzeug kam von der Landebahn ab.

Höhere ILS-Kategorien bedingen somit eine größere Staffelung der Luftfahrzeuge im Anflug und die Kapazität der Flugplätze ist so deutlich reduziert. Ebenso haben die Schutzzonen am Boden (critical und sensitive area) größere Ausmaße als bei CAT I und die rollenden Flugzeuge müssen an einem weiter von der Landebahn entfernten Haltepunkt anhalten als bei CAT I oder bei Sichtanflügen. Bei CAT I sind dies 90 m, bei CAT II/III 150 m.

CAT I

Für die Durchführung einer Landung nach CAT I muss die Cockpitbesatzung eine Instrumentenflugberechtigung (engl. instrument rating, I/R) besitzen und das Flugzeug für Instrumentenflüge ausgestattet und zugelassen sein (dies sind heutzutage viele Motorflugzeuge). Die Landung als solche muss aber von den Piloten manuell, das heißt von Hand gesteuert, durchgeführt werden. Piloten mit einer solchen Berechtigung müssen solche Flüge nach Instrumentenflugregeln (IFR) regelmäßig durchführen, ansonsten verlieren sie unter anderem die Berechtigung für CAT-I-Anflüge.

CAT II

Eine besondere Ausbildung bzw. Berechtigung der Besatzung ist notwendig. Ein Autopilot muss nicht vorhanden sein, der Anflug wird aber selten von Hand geflogen. Instrumente müssen zweifach vorhanden sein (je eine unabhängige Anzeige des Landekurses/Gleitpfads für Kapitän und Ersten Offizier). Ein Radar-Höhenmesser (Radar-Altimeter) ist ebenfalls notwendig.

CAT III

Landungen nach CAT III müssen zwingend durch mehrfach vorhandene Autopiloten des Flugzeugs gesteuert werden (engl. auto coupled landing). Diese steuern unabhängig voneinander das Flugzeug unter Verwendung von ILS-Signalen, die unabhängig voneinander empfangen werden (Redundanz). Die Cockpitbesatzung sowie die Fluggesellschaft müssen über eine spezielle Berechtigung verfügen. Der Autopilot muss unter anderem per Radarhöhenmesser in der Lage sein, das Flugzeug bei der Landung selbsttätig zum Ausschweben (engl. flare) abzufangen und aufzusetzen, ab CAT IIIb muss er auch nach dem Aufsetzen beim Bremsen und Ausrollen per Bugradsteuerung dem Localizer folgen, um das Flugzeug auf der Landebahnmitte zu halten.

Eine Ausnahme davon bilden einige Flugzeuge mit Head-Up-Display, so z. B. der Canadair Regional Jet (CRJ), welche auch für manuell gesteuerte CAT-III-Anflüge zugelassen sind.

Erste Flugzeuge mit CAT-III-Fähigkeiten

Aufgrund der vorherrschenden Wetterbedingungen in Europa, vor allem aber in Großbritannien, fand die Entwicklung von CAT-III-fähigen Flugzeugen zunächst in Europa statt. So gehörte in den 1980er Jahren die CAT-III-Fähigkeit noch nicht zur serienmäßigen Ausstattung US-amerikanischer Flugzeuge. Hingegen übernahmen Boeing und Alaska Airlines die Pionierrolle bei CAT-III-Landungen mit Head-Up-Display.

Die Sud Aviation Caravelle wurde im Dezember 1968 für CAT-III-Anflüge zugelassen. Darauf folgte die Hawker-Siddeley Trident (IIIa 1972, IIIb 1975). Die erste manuelle CAT-III-Landung auf einem Passagierflug erfolgte im Jahr 1989 (Boeing 727 der Alaska Airlines).

Sonderfälle

Der ILS-Flugpfad muss nicht zwingend zu einer Landebahn führen. Im Fall des ehemaligen Flughafens Kai Tak (Hongkong) führte das sogenannte IGS (Instrument Guidance System) zu einem markierten und beleuchteten Hügel („Checkerboard Hill“), worauf die Piloten zum Sichtanflug auf die Landebahn 13 abdrehten.

Auch Flugzeugträger verfügen über ILS-Systeme. Damit Flugzeugträger nicht aufgrund der ILS-Signale identifiziert werden können, strahlen alle größeren Kriegsschiffe solche Signale ab. Unabhängig vom verwendeten Leitsystem (optisch, Laser, ILS) müssen die letzten ¾ Seemeilen (1,4 km) visuell geflogen werden.

ILS in Europa

Deutschland

Internationale Verkehrsflughäfen

Die DFS hat an 15 deutschen rechtmäßigen internationalen Flughäfen 45 ILS-Systeme. Davon erfüllen 11 Systeme CAT I und 34 Systeme CAT II oder CAT III.

• Berlin-Brandenburg, EDDB, ILS/DME06L (CAT III), ILS/DME 06R (CAT III), ILS/DME 24L (CAT III), ILS/DME 24R (CAT III)^{AD2 EDDB 1-11 ff}
• Bremen, EDDW, ILS+MM 09 (CAT III), ILS+MM 27 (CAT III)^{AD2 EDDW 1-8}
• Dresden, EDDC, ILS+MM 04 (CAT I), ILS/DME+LO 22^{AD2 EDDC 1-8 ff}
• Düsseldorf – I, IIIa, IIIb, IIIb
• Erfurt – I, IIIb
• Frankfurt – IIIb, IIIb, IIIb, IIIb, IIIb, IIIb (zusätzlich zwei CAT-I-Anlagen als Redundanz für die Landebahn Nordwest (07L/25R))
• Hamburg – I, I, IIIb
• Hannover – I, I, IIIb, IIIb
• Köln/Bonn – I, IIIb, IIIb
• Leipzig/Halle – IIIb, IIIb, IIIb, IIIb
• München – IIIb, IIIb, IIIb, IIIb
• Münster/Osnabrück – I, IIIa
• Nürnberg – I, IIIb
• Saarbrücken – I
• Stuttgart – IIIa, IIIb

Regionalflugplätze

In Deutschland existieren weitere Verkehrsflughäfen bzw. -landeplätze, die mit einem Instrumentenlandesystem ausgestattet sind. Insgesamt sind es 29 ILS-Systeme. Davon erfüllt nur 1 ILS-Anlage ohne ILS-GP nicht die CAT Anforderungen, 22 Systeme erfüllen CAT I und 5 Systeme erfüllen CAT III Überprüfung mit ziviler AIP vom 31.Oktober.2024.

• Augsburg, EDMA, ILS+MM 25 (CAT I)^{AD2 EDMA 1-6}
• Braunschweig-Wolfsburg, EDVE, ILS/DME 26 (CAT I)^{AD2 EDVE 1-7}
• Dortmund, EDLW, ILS/DME+OM+MM 06 (CAT II), ILS/DME 24 (CAT II)^{AD2 EDLW 1-7}
• Frankfurt-Hahn, EDFH, ILS+OM+MM 03 (CAT I), ILS+OM+MM 21 (CAT III)^{AD2 EDFH 1-8}
• Friedrichshafen, EDNY, ILS+MM 06 (CAT I), ILS+OM+MM 24 (CAT III)^{AD2 EDNY 1-7}
• Karlsruhe/Baden-Baden, EDSB, ILS+OM+MM 03 (CAT I), ILS+OM+MM 21 (CAT III)^{AD2 EDSB 1-7}
• Kassel-Calden, EDVK, ILS+MM 09 (CAT I), ILS+MM 27 (CAT III)^{AD2 EDVK 1-7}
• Kiel-Holtenau, EDHK, ILS+OM+MM 08 (CAT I), ILS+OM+MM 26 (CAT I)^{AD2 EDHK SB 1-6}
• Lahr, EDTL, ILS+MM 21, (CAT I)^{AD2 EDTL 1-6}
• Leipzig-Altenburg, EDAC, ILS+OM+MM 22 (CAT I)^{AD2 EDAC 1-6}
• Lübeck-Blankensee, EDHL, ILS/DME 07 (CAT I), ILS+OM+MM 25 (CAT I)^{AD2 EDHL 1-7}
• Memmingen, EDJA, ILS/DME 06 (CAT I), ILS/DME 24 (CAT I)^{AD2 EDJA 1-6}
• Mannheim, EDFM, ILS-Lokalizer only 27 (NOCAT)^{AD2 EDFM 1-7}
• Mönchengladbach, EDLN, ILS+MM 13, (CAT I), ILS+MM 31 (CAT I)^{AD2 EDLN 1-9}
• Niederrhein, EDLV, ILS+OM+MM 27 (CAT III)^{AD2 EDLV 1-7}
• Paderborn/Lippstadt, EDLP, ILS/DME 06 (CAT I), ILS/DME 24 (CAT I)^{AD2 EDLP 1-7}
• Schwäbisch Hall, EDTY, ILS+MM 28 (CAT I)^{A EDTY 1-7}
• Siegerland, EDSG, ILS+MM 31 (CAT I)^{AD2 EDGS 1-7}
• Sylt, EDXW, ILS/DME+OM+MM 32, (CAT I)^{AD2 EDXW 1-7}

Militärflugplätze

Die Bundeswehr betreibt auf elf ihrer 28 Flugplätze ein ILS. Alle Systeme entsprechen CAT I.

• Bückeburg – I
• Geilenkirchen – I
• Hohn – I
• Holzdorf – I
• Ingolstadt/Manching – I
• Laage – I, I
• Neuburg – I
• Niederstetten – I
• Nordholz – I
• Nörvenich – I
• Ramstein Air Base - ?, USAF, abgerufen am 26. Oktober 2024 (ICAO: ETAR)
• Spangdahlem Air Base- ?, USAF, abgerufen am 26. Oktober 2024 (ICAO: ETAD)
• Wunstorf – I

Ein in Celle installiertes ILS CAT I wurde 1992 abgebaut.

Instrumentenanflüge von Luftfahrzeugen der Bundeswehr erfolgen jedoch meist über ungerichtete Funkfeuer (Hubschrauber) bzw. TACAN- oder ARA-Anflüge (Airborne Radar Approach) (jeweils Kampfflugzeuge) oder mit Hilfe des jeweils flugplatzeigenen Präzisionsanflugradars. Lediglich Transportflugzeuge bzw. zivile Mitbenutzer der Flugplätze nutzen überwiegend das ILS.

Sonstige Flugplätze mit ILS

• Flugplatz Hamburg-Finkenwerder (Sonderlandeplatz)
• Flugplatz Lahr (Sonderflughafen)
• Flugplatz Oberpfaffenhofen (Sonderflughafen)

Schweiz

Die Flughäfen mit Kategorie-III-Anflügen sind Zürich (RWY 14 und 16), Genf (RWY 05 und 23) sowie der auf französischem Boden liegende Flughafen Basel-Mulhouse (RWY 15). Diese drei sogenannten Landesflughäfen bieten zusätzlich auch ILS Cat I. Les Eplatures, Sion, Dübendorf, Emmen, Bern und Altenrhein verfügen über ILS Cat I, und Lugano hat als Besonderheit einen IGS-Anflug auf die Piste 01. Ein ILS der Kategorie II existiert in der Schweiz nicht.

Weitere Landehilfen

Neben ILS gibt es noch andere Anflugarten. Im militärischen Bereich ist noch häufig das Präzisionsanflugradar (PAR) in Verwendung, ein dem ILS (CAT I / CAT II für Helikopter) ebenbürtiges System.

Das Mikrowellenlandesystem (MLS) ist prinzipiell genauer als ILS. Wahrscheinlich wird es sich zu Gunsten des European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) und des Ground Based Augmentation Systems (GBAS) nicht weiter verbreiten.

In den USA sind mit dem zu EGNOS äquivalenten Wide Area Augmentation System (WAAS) ein Landeanflüge der Kategorie LPV200 bereits möglich. LPV200 entspricht mit einer Entscheidungshöhe von 200 Fuß der Kategorie CAT I bei ILS. Auch in Deutschland existieren bereits an einigen Flugplätzen LPV-Anflüge. Die Bezeichnung LPV steht für Lateral Precision with Vertical Guidance. Es gehört zur ICAO-Kategorie APV (Approach with Vertical Guidance), einem Landeanflug ohne Bodenunterstützung.

GBAS bzw. sein amerikanisches Äquivalent Local-area augmentation system (LAAS) könnten theoretisch Landeanflüge nach der Kategorien CAT I, CAT II und CAT III ermöglichen. Bisher gibt es jedoch lediglich GBAS-Anlagen die für die Kategorien CAT I und CAT II zugelassen sind. Am Flughafen Frankfurt ist seit Juli 2022 ein für die CAT-II-Landung zugelassenes GBAS in Betrieb.

In Russland ist ferner das militärische Instrumentenlandesystem PRMG teilweise noch gebräuchlich.

Sonstiges

Die Deutsche Flugsicherung (DFS) hat an allen großen internationalen Flughäfen in Deutschland das Anflugverfahren „continuous descent approach“ (kontinuierlicher Gleitpfad) eingeführt. Flugzeuge im Anflug auf einen Flugplatz (Sinkflug) sparen damit Kraftstoff und emittieren deutlich weniger Fluglärm, als wenn sie ihren Sinkflug in Stufen durchführen (auf horizontalen Stücken müssen sie stets mit höherer Leistung fliegen).

Weblinks

Commons: ILS – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Bernd Büdenbender (DFS-Mitarbeiter): Instrumentenlandesysteme, auf dc4dd.de, abgerufen am 11. März 2016 (PDF; 0,7 MB)