Instrumentenlandesystem

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Abbildung der Sendekeulen von Localizer und Glideslopes

Das Instrumentenlandesystem (engl. instrument landing system, ILS) ist ein bodenbasiertes System, das den Piloten eines Flugzeuges bei Anflug und Landung mittels zweier Leitstrahlen, Landekurs (Information über Kurs) und einem Gleitpfad (Information über Höhe), unterstützt. Der Pilot kann die Signale auf einem Anzeigegerät (VOR-ähnlicher Empfänger mit zusätzlichem horizontalem Zeiger) verfolgen, das an einen ILS-Empfänger angeschlossen ist.

Dadurch sind auch bei schlechten Sichtbedingungen (IMC) Präzisionsanflüge möglich. An Flugplätzen mit Instrumentenanflugverfahren ist das ILS das am meisten genutzte Verfahren.

Geschichte[Bearbeiten]

Erste Tests mit dem ILS begannen in den Vereinigten Staaten im Jahre 1929. Am 26. Januar 1938 wurde zum ersten Mal die Praxistauglichkeit des neuen Systems bewiesen, als eine Boeing 247 nach einem Flug von Washington, D.C. nach Pittsburgh, Pennsylvania während eines Schneesturms landen und sich dabei ausschließlich auf das ILS verlassen musste. In Deutschland wurden bodengestützte Landehilfen bereits 1933 mit dem ZZ-Verfahren eingeführt. Erste erfolgreiche Versuche mit einem vollautomatischen Landesystem wurden in Deutschland im Frühjahr 1941 von den Askania-Werken mit einer Junkers Ju 52/3m durchgeführt.

Komponenten[Bearbeiten]

Landekurssender bei Hannover EDDV 27R (Rückseite)
Gleitweg-Sender Hannover EDDV 09R

Ein ILS besteht aus zwei unabhängigen Systemen: Dem Localizer, der die seitliche Abweichung anzeigt, und dem Glideslope oder Glidepath, welcher für die vertikale Führung des anfliegenden Flugzeugs zuständig ist. Dazu kommt eine automatische Überwachungsstation (sog. Monitor), die die Signale überwacht und ggf. abschaltet, wenn die Signale außerhalb der Toleranz liegen. Zur Entfernungsüberwachung gibt es zum einen die Möglichkeiten des DME sowie die Nutzung sog. Marker-Beacons. Letztere werden jedoch immer seltener und gegen DME-Anlagen getauscht. In Deutschland werden mittelfristig an allen 16 internationalen Verkehrsflughäfen die ILS-Systeme auf ein ILS/DME umgestellt. Bei diesem System gibt es keine Marker mehr. Das Voreinflugzeichen (OM) und das Haupteinflugzeichen (MM) werden durch ein sogenanntes DME-Reading ersetzt. Die Frequenzpaarung von Localizer und DME ist in dem Fall (sobald der MM wegfällt) zwingend erforderlich.

Landekurssender[Bearbeiten]

Das Antennensystem des Landekurssenders (engl. localizer, LOC oder LLZ) ist im Abflugsektor, ca. 300 m hinter dem Ende der Landebahn (engl. stop end of runway) aufgebaut und besteht aus mehreren, paarweise angeordneten Richtantennen (gestreckte λ/2-Dipole). Der Localizer informiert den Piloten über seine laterale Position in Bezug auf die Anfluggrundlinie (engl. centerline) und zeigt dem Piloten also, ob er weiter rechts oder links fliegen muss, um die Landebahn zu treffen.

Der Localizer arbeitet in einem Frequenzbereich von 108,10 MHz bis 111,95 MHz. Auf der jeweiligen Trägerfrequenz sind zwei Signale mit 90 und 150 Hz in Amplitudenmodulation aufmoduliert, die von den Antennen so abgestrahlt werden, dass entlang der Anfluggrundlinie ein Strahlungsmaximum liegt. Es wird CSB-Signal genannt (engl. Carrier Side Band). Über die gleichen Antennen wird ein weiteres Signal abgestrahlt, das ebenfalls durch die Amplitudenmodulation entsteht, dem aber der reine Trägeranteil fehlt, genannt SBO-Signal (engl. Side Band Only). Seine Strahlungsmaxima liegen beiderseits der Anfluggrundlinie, während es auf dieser 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 befiehlt dem Piloten nach rechts zu steuern, um wieder auf die Landebahnmitte zuzufliegen (fly into the needle). 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 befiehlt dem Piloten nach links zu steuern, um wieder auf die Landebahnmitte zuzufliegen (fly into the needle).

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. Dieses Verfahren wird Backcourse 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 man nun 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.

Gleitwegsender[Bearbeiten]

Der Gleitwegsender (engl. glideslope, G/S) arbeitet in einem Frequenzbereich von 329 MHz bis 335 MHz. Die Frequenzen von Landekurs- und Gleitwegsendern sind fest miteinander gepaart; dadurch braucht der Pilot nur eine Frequenz einzustellen und die passende Gleitwegsenderfrequenz wird automatisch mit selektiert. Der Gleitwegsender zeigt dem Piloten die vertikale Ablage vom optimalen Anflugprofil an. Der Gleitwegsender steht seitlich neben der Bahn in Höhe des Aufsetzpunktes. Der Aufsetzpunkt befindet sich ca. 280 m (bei einem 3 Grad Anflug und einer RDH/TCH von 50 ft) hinter der Landebahnschwelle. Das Funktionsprinzip ist analog zum Landekurssender. Der Gleitwegsender arbeitet nur mit anderen Trägerfrequenzen und die beiden Modulationskeulen sind vertikal ausgerichtet, statt horizontal wie beim Localizer. Auf der jeweiligen Trägerfrequenz sind zwei Signale mit 90 und 150 Hz in Amplitudenmodulation aufmoduliert mit einer Modulationstiefe von 40 %, die von den Antennen so abgestrahlt werden, dass entlang der 3°-Anflugweges ein Strahlungsmaximum liegt. Es wird CSB-Signal genannt (engl. Carrier Side Band). Über die gleichen Antennen wird ein weiteres Signal abgestrahlt, das ebenfalls durch die Amplitudenmodulation entsteht, dem aber der reine Trägeranteil fehlt, genannt SBO-Signal (engl. Side Band Only). Seine Strahlungsmaxima liegen unter- und oberhalb der 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 (engl. 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. Abweichend vom 3°-Anfluggradienten nimmt der Modulationsgrad des 90-Hz-Signals zu, während er für das 150-Hz-Signal gleichzeitig abnimmt, die senkrechte Nadel des Anzeigeinstruments wandert nach unten und befiehlt dem Piloten nach unten zu steuern, um wieder auf den 3°-Anfluggradienten zurückzukehren (fly into the needle). Abweichend vom 3°-Anfluggradienten in die andere Richtung 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 befiehlt dem Piloten, nach oben zu steuern, um wieder auf den 3°-Anfluggradienten zurückzukehren.

Der Anflugwinkel bei einem ILS-Anflug CAT I liegt typischerweise zwischen 2,5 und 3,5 Grad, idealerweise 3,0 Grad. In London City beträgt der GP 5,5°. Beim ILS-Anflug CAT II/III muss der Gleitwinkel 3 Grad betragen. Das Anzeigegerät zeigt dem Piloten an, ob er sinken oder steigen muss, 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 übernimmt der Pilot erst kurz vor der Landung die manuelle Kontrolle und landet, oder nach der automatischen Landung, wenn der Flieger bereits ausrollt.

Einflugzeichen[Bearbeiten]

Middle-Marker-Sender Hannover EDDV 09L
Outer-Marker-Sender Niederrhein EDLV 27

Einflugzeichen sind Funkfeuer, die senkrecht nach oben abstrahlen. Diese Marker arbeiten im Frequenzband 74,6 bis 75,4 MHz. Sie sind 1050 m und 7200 m vor der Landebahn stehende Sender, die bei Überflug ein Tonsignal und/oder eine blinkende Anzeige auslösen.

Nacheinander wird beim Anflug das Voreinflugzeichen, das Haupteinflugzeichen und das in Deutschland nicht mehr gebräuchliche Platzeinflugzeichen überflogen. Das Piepen der Tonsignale wird von Einflugzeichen zu Einflugzeichen immer höher.

Immer häufiger werden die Einflugzeichensender als Entfernungsmarken ersetzt durch eine kontinuierliche Entfernungsanzeige, die ein am Platz stehendes Entfernungsfunkfeuer DME (engl. Distance Measuring Equipment) liefert. Seine Antenne wird am Gleitwegsendermast montiert. Die Anzeige an Bord erfolgt numerisch in NM (engl. Nautical Miles).

Outer Marker (OM oder LOM)[Bearbeiten]

Der Outer Marker (deutsch Voreinflugzeichen) dient zur Kontrolle des Höhenmessers. Auf der Anflugkarte ist die exakte Höhe des Gleitwegs am OM angegeben. Der Outer Marker steht 7200 m ± 300 m vor der Schwelle und ist mit 400 Hz amplitudenmoduliert und erzeugt dementsprechend einen 400-Hz-Ton (300 ms an, 100 ms aus, …). Im Cockpit leuchtet eine blaue Anzeige und ein „−−−“-Ton ist zu hören.

Bei einem ILS-Anflug muss sich das Flugzeug am OM schon auf dem Gleitpfad befinden. Der OM dient dann auch zur Kontrolle des Höhenmessers im Flugzeug. Der OM ist normalerweise ca. 4 NM von der Schwelle entfernt. Das heißt, dass das Flugzeug am OM eine Höhe von 4 NM × 318 ft/NM + 50 ft Schwellenüberflughöhe RDH ≈ 1320 ft über Schwelle hat (bei 3 Grad Anflugwinkel).

Blaue Outer-Marker-Leuchte

Outer-Marker-Sound:

Middle Marker (MM)[Bearbeiten]

Der Middle Marker (deutsch. Haupteinflugzeichen) steht 1050 m +/- 150 m vor der Schwelle, ist mit 1300 Hz amplitudenmoduliert und erzeugt dementsprechend einen 1300-Hz-Ton (300 ms an, 100 ms aus, 100 ms an, 100 ms aus, …). Im Cockpit leuchtet eine gelbe Anzeige und ein „−·−·−·“-Ton ist zu hören.

Gelbe Middle-Marker-Leuchte

Middle-Marker-Sound:

Inner Marker (IM)[Bearbeiten]

Der Inner Marker (dtsch. Platzeinflugzeichen) ist in Deutschland ungebräuchlich. Weltweit wird er in der zivilen Luftfahrt ebenfalls kaum verwendet. In der militärischen Luftfahrt findet er jedoch noch Anwendung. Er steht dann unmittelbar vor der Landebahn, ist mit 3000 Hz amplitudenmoduliert und erzeugt dementsprechend einen 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[Bearbeiten]

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.

Bordkomponenten[Bearbeiten]

deutscher Kreuzzeiger vom Fl.-Bordpeilgerät Peil G 6, Bj. 1943

An Bord befinden sich zumindest Empfänger für das Landekurssignal und das Gleitwegsignal. Zur gemeinsamen Anzeige von Landekurs und Gleitweg dient ein Kreuzzeigerinstrument oder kurz Kreuzzeiger. Es besitzt 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[1].
Die Zeigerabweichungen von der Mitte zeigen die Richtung der erforderlichen Anflugkorrektur.

ILS-Kategorien[Bearbeiten]

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 endgültige Durchführung der Landung entscheidet. Sind bei Erreichen der Entscheidungshöhe die (Sicht-)Bedingungen (der Pilot muss die Landebahn oder Teile der Anflugbefeuerung erkennen) für das Fortsetzen des Anfluges nicht gegeben, muss der Anflug abgebrochen und durchgestartet (engl. go around) werden. Nach der Entscheidung zum Durchstarten folgt das Luftfahrzeug dem Fehlanflugverfahren (engl. missed approach procedure), nach dessen Abschluss ein erneuter Anflug durchgeführt werden kann. Präzisionsanflüge, zu denen auch der ILS-Anflug zählt, werden, abhängig von verschiedenen Faktoren, in unterschiedliche Kategorien eingeteilt:

Kreuzzeigerinstrument (Sowjetunion ca. 1964). Die Marker befinden sich jeweils rechts bzw. unten neben den Zeigerenden.
  • 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 200 ft über Grund (30–60 m) und einer RVR von mindestens 300 m.

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 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[Bearbeiten]

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. Höhere ILS-Kategorien bedingen für die Flugsicherung auch eine weniger enge Staffelung der Flugzeuge im Anflug, die Kapazität der Flugplätze ist so deutlich reduziert.

  • 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 heutzutags die allermeisten Motorflugzeuge). Die Landung als solche darf aber vom 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 Captain 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 abzufangen (engl. flare) 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.

Sonderfall IGS[Bearbeiten]

ILS in Deutschland[Bearbeiten]

Internationale Verkehrsflughäfen

Die DFS hat an 16 deutschen rechtmäßigen internationalen Flughäfen 49 ILS-Systeme. Davon erfüllen 14 Systeme CAT I und 35 Systeme CAT II oder CAT III.

Regionalflugplätze

In Deutschland existieren weitere Verkehrsflughäfen bzw. -landeplätze, die mit einem Instrumentenlandesystem ausgestattet sind. Insgesamt sind es 34 ILS-Systeme. Davon erfüllen 29 Systeme CAT I und sieben Systeme CAT II oder CAT III.

Militärflugplätze

Die Bundeswehr betreibt auf elf ihrer 28 Flugplätze ein ILS. Alle Systeme entsprechen CAT I.[2]

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 (Airborn 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

Weitere Landehilfen[Bearbeiten]

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

MLS ist genauer als ILS. Wahrscheinlich wird es sich zu Gunsten des satellitengestützten Systems EGNOS nicht weiter verbreiten. In den USA ist mit dem Satellitensystem WAAS ein Landeanflug der Kategorie LPV200 bereits möglich. Die FAA-Bezeichnung LPV steht für Lateral Precision with Vertical Guidance. Es gehört zur ICAO Kategorie APV (Approach with Vertical Guidance), einem Landeanflug ohne Bodenunterstützung. LPV200 entspricht CAT I bei ILS. Das um Bodenstationen erweiterte System LAAS steigert die Präzision auf CAT II und CAT III. In russischen Flugzeugen ist auch das militärische Instrumentenlandesystem PRMG teilweise noch gebräuchlich.

Sonstiges[Bearbeiten]

Die Deutsche Flugsicherung (DFS) prüft (Stand Mitte 2014) neue Anflugverfahren, z. B. das „continuous descent approach“ (kontinuierlicher Gleitpfad). Flugzeuge im Anflug auf einen Flugplatz (Sinkflug) würden damit Kraftstoff sparen und deutlich weniger Fluglärm emittieren als wenn sie ihren Sinkflug in Stufen durchführen (auf horizontalen Stücken müssen sie stets mit höherer Leistung fliegen).[3]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: ILS – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. http://www.dc4dd.de/P18-ILS.pdf Bernd Büdenbender: Instrumentenlandesysteme
  2. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatMilitärisches Luftfahrthandbuch Deutschland. In: www.mil-aip.de. Amt für Flugsicherung der Bundeswehr, 23. Oktober 2008, abgerufen am 31. Oktober 2008 (pdf, englisch).
  3. handelsblatt.com 11. August 2014: Müssen Verkehrsflugzeuge so laut sein?