Navigazione ILS Instrumental Landing System - Iaso.net

Descrizione dei sistemi
Utilizzo nelle procedure di
avvicinamento strumentali di precisione.
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Navigazione
ILS
Instrumental
Landing System
DESCRIZIONE GENERALE
L’ILS o Instrumental Landing System, è uno strumento estremamente accurato ed
affidabile che consente al pilota di portare l’aereo in pista, sia in perfetto allineamento
con essa, sia lungo un sentiero di planata ideale, entro ampi limiti di sicurezza anche
quando le condizioni meteorologiche presentano valori bassissimi di visibilità.
L’ILS consiste di:
- il trasmettitore “Localizer” (o localizzatore);
- il trasmettitore del “Glide Path” (o sentiero di discesa);
- i Markers (possono essere sostituiti da un NDB o altri fix);
- il sistema di illuminazione di avvicinamento.
Questi sistemi permettono quindi :
1) La guida di direzione che consente di mantenere l’aereo in allineamento con l’asse
della pista.
2) La guida di planata che consente di far scendere l’aereo lungo un sentiero di discesa
costante ottimale per quella pista.
3) La misura della distanza dalla pista che consente di conoscere la posizione dell’aereo
lungo il sentiero di avvicinamento.
Oltre a questi apparati, gli impianti ILS sono corredati anche da un sistema di illuminazione
dell’ultima porzione dell’avvicinamento finale della pista, nonché da
attrezzature idonee per il rilevamento della portata visuale di pista (RVR o Runway
Visibility Range).
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IN VOLO
Questi sistemi integrativi sono intesi a facilitare la
transizione dalle condizioni IMC alle condizioni di
atterraggio a vista VMC ed a facilitare la determinazione
della visibilità lungo l’asse della pista.
Gli impianti ILS vengono classificati in categorie, a
seconda delle capacità che possiedono le apparecchiature
installate a terra. Prime tra queste sono, la
precisione e l’estensione della guida di direzione e di
planata fornite dalle attrezzature di terra nell’ultima
parte dell’avvicinamento ed eventualmente lungo la
pista; e quella che tiene conto delle minime meteorologiche
al di sopra delle quali può essere impiegato
l’impianto.
Migliore è la qualità, superiore sarà la categoria.
CAT
I
CAT
II
CAT
IIIA
CAT
IIIB
CAT
IIIC
RVR 800 mt 400 mt 200 mt 50 mt 0 mt
DH 200 ft 100 ft 0 ft 0 ft 0 ft
RVR = Runway Visibility Range
DH = Decision Heigh
Per eseguire avvicinamenti e atterraggi sotto le minime
della Categoria I con impianti di Categoria II
e III, gli aeromobili devono essere opportunamente
equipaggiati e certificati, e gli equipaggi devono essere
abilitati.
Da notare che con un impianto ILS CAT I non è
consentito effettuare un “Autoland” ovvero una procedura
automatica di atterraggio. Per le CAT II e III
questo è permesso a condizione che tutti gli “Autopilots”
siano funzionanti.
NOTA : La categoria di impianto ILS è pubblicata
sulle “Approach Charts”.
IL LOCALIZER
Il componente primario dell’ILS è il cosiddetto “Localizer”
che offre la guida laterale. Il localizer è una
radiotrasmittente che opera in VHF come i radiotrasmettitori
VOR però su frequenze comprese tra
108.10 MHz e 111.95 MHz con intervalli di 50 kHz
Fig.2
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e con il primo decimale dispari. L’apparato trasmittente
e la relativa antenna sono situate sul prolungamento
della “centerline” a circa 300 mt dalla fine
della pista.
Fig.1
Il segnale emesso dal localizer consiste in effetti da
due segnali modulati su due frequenze diverse che
si incontrano in corrispondenza della centerline. Il
lato destro, visto da un aereo in avvicinamento, è
modulato a 150 Hz ed è chiamato “area blu”. Il lato
sinistro è invece modulato a 90 Hz ed è chiamato
“area gialla” (vedi figura 2). La sovrapposizione tra
queste due aree fornisce il segnale per la giusta
rotta.
L’ampiezza angolare del segnale può variare da un
minimo di 3º fino a 6º in modo che presenti sempre
una larghezza lineare di 210 metri (700 piedi)
all’attraversamento della soglia pista. L’ampiezza
angolare del segnale aumenta così che a 10 NM
dalla trasmittente, il raggio è approssimativamente
largo 1 NM.
Ma vediamo come funziona :
Il localizer in pratica concretizza il piano verticale
passante per il prolungamento dell’asse della pista
(centerline) mediante la modulazione in ampiezza
della portante dei due segnali radio 150 Hz e 90 Hz,
rispettivamente a destra (area blu) e a sinistra del
prolungamento stesso (area gialla), così da creare
lungo di esso una zona di equisegnale.
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L’aereo riceve questi segnali con un ricevitore generalmente
accoppiato con il VOR che presenta un
ago, detto “Track Bar” o TB, il quale viene azionato
dal localizer tramite questa coppia di segnali.
Quando l’aereo è allineato con il prolungamento
della centerline, il ricevitore capta i due segnali con
la stessa intensità e pertanto il TB risulterà perfettamente
allineato al centro dello strumento stesso. Nel
TRACK
BAR
caso in cui l’aereo fosse invece situato a sinistra o
a destra del prolungamento dell’asse pista (ovvero
nella zona gialla o nella zona blu), il ricevitore di bordo
capterà i due segnali con diverse intensità facendo
deflettere o spostare la TB dal lato del segnale
piu debole.
Quando la TB è usata in congiunzione col VOR,
bisogna fare attenzione perchè la piena deviazione
dell’ago sulla scala per il VOR corrisponde ad
una deviazione pari a 10º su entrambi i lati. Invece
quando lo stesso ago è usato come un indicatore
di localizer di ILS, la deviazione completa dell’ago
sulla scala è approssimativamente 2.5º da entrambi
i due lati.
Questo significa che la sensibilità della TB è approssimativamente
quattro volte più grande quando
viene usata come un indicatore di localizer piuttosto
che come indicatore di radiale VOR.
Nella funzione “localizer”, la corretta indicazione
della TB dipende dall’aver selezionato la corretta direzione
della pista sull’OBS ed è infatti buona norma
che il pilota metta un promemoria nella “approach
check list”.
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IN VOLO 3
Quando una bandierina “OFF” appare di fronte
all’ago verticale, sta ad indicare che il segnale è
troppo debole e, perciò, l’indicazione dell’ago risulta
inattendibile. Un momentanea apparizione della
bandierina “OFF”, o alcune brevi deviazioni della
TB, o in alcuni casi entrambi, può accadere quando
si presentano delle ostruzioni oppure quando un altro
aereo in atterraggio si contrappone tra l’antenna
che emette il segnale e l’aereo ricevente.
IL GLIDE SLOPE
Il “Glide Slope” o sentiero di discesa, fornisce al pilota
la cosiddetta guida verticale.
Il GS dell’ILS è fornito da un trasmettitore di terra
UHF con relativa antenna, operante su un range di
frequenze che va da 329.30 MHz to 335.00 MHz,
con intervalli di 50 kHz tra ogni canale.
Questo trasmettitore è posto a una distanza dalla
soglia pista che puo andare da 750 fi no a 1.250
piedi (ft) ed è posto a lato della pista ad una distanza
di 400/600 piedi (ft) dalla centerline.
Generalmente questi apparati (GS) sono accoppiati
ai Localizer nel senso che, quando si seleziona a
bordo sulla Radio NAV la frequenza ILS del Localizer,
automaticamente gli risulta accoppiata la corrispondente
frequenza del Glide Slope.
Allo stesso modo del Localizer, anche il segnale del
Glide Slope consta in effetti di due segnali, modulati
a 150 Hz e 90 Hz. Però a differenza del Localizer,
nel GS i due segnali sono allineati l’uno sopra l’altro,
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IN VOLO
e si vengono a sovrapporre nella parte centrale che,
in definitiva, è l’area del sentiero di discesa.
L’ampiezza dell’area di sovrapposizione dei due
segnali è pari a 1,4° con una escursione quindi di
0,7° sopra il sentiero (inteso come sentiero ottimale)
e con 0,7° al di sotto dello stesso. Ovviamente la
pendenza del sentiero stesso può variare a seconda
della conformazione del suolo e degli ostacoli a
terra, in genere una pendenza del sentiero GS può
oscillare da 2,5° a 3,0° a seconda dei casi.
Come il localizer, anche il GS può captare dei falsi
segnali. Questo però accade solamente al di sopra
del sentiero di discesa ma mai al di sotto di esso.
Comunque se si vola seguendo attentamente cio
che viene riportato sulle carte “approach charts”,
non si incorre in questo incoveniente.
Il ricevitore del GS posto a bordo dell’aereo è anch’esso
un ricevitore UHF che, nella moderna avionica
presente ormai negli aerei, ha i controlli completamente
integrati con il ricevitore VOR, in modo
tale che la frequenza del Glide Slope viene sintonizzata
automaticamente quando viene selezionata la
frequenza del Localizer.
Appena l’apparato a bordo riceve il segnale del GS,
viene immediatamente attivato l’ago del Glide Slope
e questo inizia a muoversi congiuntamente a quello
del Localizer (TB).
Come accade per il Localizer, anche in questo caso,
il presentarsi di una bandierina “OFF” sta ad indicare
che il segnale GS è debole e che quindi l’indicazione
non è attendibile.
Nel momento in cui le due barre (TB e GS) sono
perfettamente perpendicolari formando una croce al
centro dello strumento, significa che l’aereo è perfettamente
allineato con il sentiero di discesa.
In poche parole questo significa che il pilota in qualsiasi
istante e con il solo ausilio di uno strumento, è
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in grado di sapere quale è la corretta posizione dell’aereo
rispetto al sentiero di discesa (vedi figura).
Come è stato detto all’inizio, fanno parte di un sistema
ILS anche i “Markers Beacon” e un sistema
di illuminazione di avvicinamento. Vediamoli nel
dettaglio.
I MARKERS
I cosiddetti ILS Markers, forniscono al pilota informazioni
riguardanti la distanza dalla soglia pista identificando
dei determinati punti lungo il tratto finale di
avvicinamento.
Questi, non sono altro che trasmittenti a bassa potenza
(max 3W) che operano ad una frequenza
di 75 MHz. Irradiano un raggio ellittico dal suolo
diretto verso l’alto (vedi figura 1 a pag.2). Ad un’altitudine
di 1,000 ft, le dimensioni del raggio sono
2,400 ft lungo e 4,200 ft largo. Ad altitudini più alte,
le dimensioni aumentano significativamente.
L’Outer Marker (OM) o marker esterno, è posto ad
una distanza dalla soglia pista che può variare da
3,5 NM a 6 NM comunque sempre entro 250 ft dal
prolungamento della centerline. Questo segnale,
in genere, interseca quello del Glide Slope ad una
altezza di circa 1.400 ft dal suolo.
L’OM fornisce al pilota l’indicazione del punto sulla
rotta di avvicinamento in cui si intercetta il Glide
Slope e quindi il punto iniziale del segmento finale
dell’avvicinamento.
Il segnale dell’OM è modulato ad una frequenza
di 400 Hz, ovvero un tono basso ed udibile, con
codice Morse continuo di due trattini al secondo. Il
ricevimento di questo segnale ovvero la rilevazione
dell’outer marker viene fornita al pilota anche da un
indicatore luminoso di colore “Blu”. Dove le condizioni
geografiche pregiudicano il posizionamento di un
marker esterno, può essere incluso come parte del
sistema ILS, anche un DME in modo tale che il pilota
riesca a stabilire la posizione corretta lungo il localizer.
Nella maggior parte dei sistemi ILS comunque
l’OM è sostituito da un NDB.
Il Middle Marker (MM) o marcatore medio è localizzato
approssimativamente da 0,5 a 0,8 NM dalla
soglia pista sul prolungamento della centerline.
Questo marker attraversa il Glide Slope approssimativamente
a 200-250 ft sopra l’elevazione della
pista ed è posto in prossimità del punto di “Missed
Approach Point” (MAP) per gli impianti ILS di CAT
I, ovvero il punto dove si interrompe la procedura di
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OM
3,5 - 6 NM
1400 ft AGL
200-250 ft AGL
avvicinamento strumentale su sistemi ILS di
categoria I.
Il segnale del MM è udibile da parte del pilota
tramite una serie di punti-linea alternati con
una frequenza di 1300 Hz ed è segnalato da
una luce color ambra.
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MM
0,5 - 0,8 NM
IM
IN VOLO 3
L’Inner Marker (IM) o marcatore
interno è invece posto in genere in
prossimità della soglia pista (1000
ft) e corrisponde con il punto della
DH relativamente agli avvicinamenti
di CAT II.
Il Back Marker (BM) o marcatore
posteriore, se è installato, normalmente
è localizzato approssimativamente
sul localizer e quindi ad una
distanza da quattro a sei miglia dalla
soglia di piano di scorrimento.
IL SISTEMA DI ILLUMINAZIONE DI AV-
VICINAMENTO
Come gia ampiamente illustrato nel fascicolo n.2 dedicato
ai sistemi di illuminazione aeroportuale, fanno
parte dl Sistema ILS anche un Sistema di illuminazione
di avvicinamento chiamato ALS (Approach
Lighting System).
Questo sistema (visibile in una sua tipica configurazione
qui nell’immagine a lato) è stato implementato
per agevolare il pilota durante la fase di transizione
da quelli che sono i riferimenti interni, quindi prettamente
strumentali, a quelli esterni e quindi puramente
“visivi”. Ovviamente sono molto di ausilio in condizioni
quindi di scarsa visibilità dovuta ad avverse
condizioni meteo oppure durante le ore notturne.
GLI APPARATI DI BORDO
Gli apparati ILS di bordo normalmente sono costituiti
da un comune ricevitore VOR/LOC e da un ricevitore
UHF del Glide Slope, entrambi collegati ad un
unico indicatore, ovvero la lancetta verticale collegata
al VOR/LOC, e la lancetta orizzontale collegata al
ricevitore del Glide Slope.
Quando si sintonizza una frequenza VOR il ricevitore
del glide slope non si attiva e pertanto l’indicatore
orizzontale rimane nella sua posizione di riposo, e
nell’apposita finestrella comparirà la classica bandierina
con le lettere GS o OFF.
Quando invece l’apparato viene sintonizzato su una
frequenza ILS, questo funziona sempre come un
normale VOR, con l’aggiunta dell’indicazione del
sentiero di discesa. La lancetta verticale, infatti, è
collegata al ricevitore del localizzatore, e si sposta
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IN VOLO
quindi in modo da indicare la posizione del piano
equisegnale che costituisce la guida di direzione;
l’indice orizzontale compie la stessa funzione rispetto
al piano che costituisce la guida di planata.
Per effettuare una corretta procedura di avvicinamento,
occorre mantenere sempre entrambe le
lancette al centro.
La figura in basso mostra come l’indicatore ILS abbia
entrambi gli indicatori allineati al centro quando
si trova esattamente sul sentiero di discesa (glide
path), costituito dalla linea di intersezione fra il piano
localizzatore ed il piano di planata.
Quando l’aereo è in avvicinamento lungo il front course,
le indicazioni che il pilota riceve sono istintive, in
quanto la posizione delle lancette rispetto al centro
dello strumento corrisponde alla posizione dei piani
verticale e orizzontale del sentiero di avvicinamento
rispetto all’aereo stesso. Le indicazioni del localizer
sono antistintive quando l’aereo è in avvicinamento
lungo il back course.
NOTE SULL’USO DELL’ILS
LOCALIZER
GLIDE SLOPE
I segnali radioelettrici ILS sono altamente direzionali
e delimitano nello spazio settori di ”copertura” ben
definiti.
Al di fuori dei settori suddetti, la corretta tecnica di
condotta dell’a/m per potersi portare sui segnali ILS
validi prescrive l’uso delle altre radioassistenze terminali
disponibili (tecnica da utilizzare anche durante
i vettoramenti radar).
Ciò per evitare l’esposizione ad irregolarità ed anomalie
dei segnali (particolarmente in procedure di
tipo CATII e III),con possibili errate interpretazioni
degli stessi. All’ILS, pertanto, va riservata la funzione
di radioassistenza terminale.
Come per altre radioassistenze aeronautiche di
navigazione, i segnali irradiati da un impianto aeroportuale
ILS sono garantiti entro aree nominali di
copertura ben definite.
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PERFETTAMENTE
ALLINEATI SUL
SENTIERO DI
DISCESA
Fuori di tali aree i segnali ILS possono essere inaffidabili
anche se apparentemente accettabili (non
compaiono gli avvisi ”flag alarm”).
Ai fini dell’affidabilità, sono anche da considerare le
possibili anomalie di propagazione dei segnali e le
interferenze, provocate da disturbi sia esterni (emissioni
in radiofrequenza da sorgenti non aeronautiche)
che interni all’a/m (uso di dispositivi elettronici
portatili non consentiti a bordo).
Non possono essere escluse, infine, anomalie interne
agli apparati di bordo tali da generare false
indicazioni (non necessariamente segnalate da ”flag
alarm”).
Come esempio esplicativo, abbiamo preso una classica
procedura ILS che è quella di Fiumicino Rwy
16R (vedi pagina seguente).
Come si può vedere è una procedura ILS con accoppiato
un DME in grado di fornire indicazioni sulla
distanza dalla soglia pista. In corrispondenza del
Middle Marker troviamo, come detto, l’NDB.
L’entrata della procedura ILS, varia a seconda della
provenienza. Da Nord-Nord Ovest è il VOR di Tarquinia;
da Nord-Nord Est il VOR di Campagnano;
da Sud invece o l’NDB di Ciampino oppure Campagnano
VOR a seconda delle indicazioni ricevute dal
controllo.
E’ sempre consigliabile intercettare per primo il localizer
(in questo caso 163°) e poi il Glide Slope che ci
guiderà fino al contatto del carrello con la pista.
In caso di mancato avvicinamento (il MAP è stabilito
nelle vicinanze del MM marker) bisogna salire a 400
ft ed effettuare poi una piccola virata verso dx fino ad
intercettare la radiale 193° di OST VOR. Proseguire
poi la salita a 2000 ft entro le 9 NM dal VOR e la
salita a 3000 ft fino a raggiungere il circuito di attesa
posto a 19 NM dal VOR di Ostia.
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