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Navigationshilfen wie das NDB, VOR, DME oder TACAN bieten lediglich eine laterale Führung. Das ist zwar im Streckenflug vollkommen ausreichend, problematisch wird es aber beim Anflug: Durch die fehlende vertikale Führung bei diesen Navigationshilfen sind die Minima, bei welchen durchgestartet werden muss, sehr hoch. Bei schlechtem Wetter würde dies dazu führen, dass man unter Umständen nicht landen kann, weil man die Piste beim geforderten Minimum noch nicht in Sicht hat.
Aus diesem Grunde wurde das Instrumentenlandesystem (ILS) entwickelt: Dieses bietet sowohl eine laterale als auch eine vertikale Führung und ist somit für Präzisionsanflüge, auch bei schlechtem Wetter und theoretisch Null Sicht, geeignet.
Das ILS besteht aus drei Komponenten:
- Landekurssender (engl. Localizer - LOC) - dient der lateralen Führung des Flugzeugs
- Gleitwegsender (engl. Glide path - GP) - dient der vertikalen Führung des Flugzeugs
- Einflugzeichen, engl. Marker Beacons - zum Überprüfen der korrekten Höhe (heutzutage oft durch DME ersetzt)
Der Landekurssender ist im Normalfall etwa 300 Meter hinter dem Ende der entsprechenden Piste, auf der verlängerten Anfluggrundlinie, platziert.
Die Antenne des Localizers sendet elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 108,10 MHz bis 111,95 MHZ, also im VHF-Bereich (die erste Nachkommastelle ist immer ungerade - so unterscheidet sich die LOC-Frequenz von einer VOR-Frequenz). In diese Trägerfrequenz sind zwei Signale per Amplitudenmodulation aufmoduliert: Ein 90 Hz und ein 150 Hz Signal. Aus Anflugsicht auf die entsprechende Piste wird das 90 Hz Signal nach links und das 150 Hz Signal nach rechts ausgestrahlt. Die Amplitude nimmt mit zunehmender Distanz von der Centerline zu. Ein Flugzeug, welches bspw. rechts von der Centerline fliegt, empfängt das 150 Hz Signal stärker als das 90 Hz Signal. Wenn beide Signale gleich stark empfangen werden, ist die Differenz der Modulationstiefe gleich Null und das Flugzeug ist optimal auf der Centerline ausgerichtet. Der Localizer-Empfänger im Flugzeug misst nun die Differenz der Modulationstiefe und berechnet daraus die Abweichung zum idealen Anflugkurs. Diese Abweichung wird im Cockpit am HSI, CDI oder PFD angezeigt.
Die Mindestreichweite des Localizers, welchen die ICAO festlegt, beträgt 25 Meilen innerhalb von 10 Grad des optimalen Kurses, 17 Meilen innerhalb von 35 Grad und 10 Meilen außerhalb der 35 Grad.
Der Localizer wird mit einem zwei- oder dreistelligen Code identifiziert, welchem oft ein “I” als Kennzeichnung für ILS, vorangeht. Dieser Code ist je nach Piste und Anflugrichtung unterschiedlich. So wird der Localizer für die Piste 25C in Frankfurt mit IFCW kodiert. Das I steht für ILS, das F für Frankfurt, das C für die Center-Bahn und das W für die Anflugrichtung Westen. Analog dazu wird der Localizer für die Piste 07R mit IFSE kodiert.
Der Gleitwegsender ist im Normalfall etwa 300 Meter hinter der jeweiligen Pistenschwelle positioniert (also neben dem aiming point) sowie 150 Meter links von der Pistengrundlinie.
Die Trägerfrequenzen des Gleitwegsenders liegen im Bereich zwischen 329 MHz und 335 MHz und somit im UHF-Bereich. Allerdings sind diese fest mit den Frequenzen des Localizers gepaart, sodass die korrekte Frequenz des Gleitwegsenders beim Einstellen der Frequenz des Landekurssenders automatisch mit empfangen wird.
Genau wie beim Localizer wird in die Trägerfrequenz ein 90 Hz und ein 150 Hz Signal aufmoduliert. Der einzige Unterschied ist, dass diese beiden Signale vertikal ausgerichtet sind. Das 90 Hz Signal liegt dabei über dem optimalen Gleitweg und das 150 Hz Signal darunter. Analog zum Localizer misst der Empfänger im Luftfahrzeug auch hier die Differenz der Amplituden und berechnet daraus die Differenz zum optimalen Gleitweg. Diese Differenz wird im Cockpit am HSI, CDI oder PFD angezeigt. Die ICAO empfiehlt einen Gleitweg von 3 Grad, welcher auch Standard an den meisten Flughäfen ist. Aber Ausnahmen bestätigen bekanntlich die Regel: Der Flughafen London City verfügt aus Lärmschutzgründen über ein 5,5-Grad-ILS.
Aber Achtung: Manche Objekte am Boden können den Gleitstrahl reflektieren. Dadurch wird nicht nur ein 3-Grad-Winkel ausgestrahlt. Es existiert stattdessen zusätzlich ein sogenannter “falscher Gleitstrahl” (“False glideslope”) im Winkel von 9 und 15 Grad, welchen der Gleitwegsempfänger im Flugzeug als korrekten Gleitstrahl interpretiert. Wer wissen möchte, wozu das führen kann, kann mal nach Turkish-Airlines-Flug 6491 suchen. Daher ist es sehr wichtig, den Gleitweg immer von unten anzuschneiden.
Die horizontale Mindestreichweite des Gleitwegsenders, welchen die ICAO festlegt, beträgt 10 Meilen, solange sich das Luftfahrzeug in einem Azimutwinkel von maximal 8 Grad links oder rechts von der Centerline befindet.
Von den Einflugzeichen gibt es in der Theorie drei Stück. Das Voreinflugzeichen (Outer marker) steht etwa 3,9 Meilen vor der Schwelle, das Haupteinflugzeichen (Middle Marker) steht etwa 0,57 Meilen vor der Schwelle und das Platzeinflugzeichen (Inner Marker) steht etwa 75 bis 450 Meter vor der Schwelle. In der Praxis existieren im Zivilbereich fast ausschließlich Outer Marker und Middle Marker.
Die Einflugzeichen strahlen mit einer Frequenz von 75 MHz senkrecht nach oben. Dies wird von einem Empfänger im Flugzeug beim Überfliegen erkannt, wodurch im Cockpit eine Leuchte blinkt und ein Tonsignal ausgelöst wird (Outer-Marker: 400 Hz Ton, Middle Marker: 1300 Hz Ton, Inner Marker: 3000 Hz Ton). Sinn und Zweck der Einflugzeichen ist der Abgleich zwischen aktueller Höhe und optimaler Höhe. Daher ist auf den ILS-Anflugkarten immer die optimale Höhe über dem Outer- und Middle Marker angegeben. So können mögliche Fehler des Gleitwegs rechtzeitig erkannt und der Anflug korrigiert bzw. abgebrochen werden.
Anstelle der Einflugzeichen sind viele Instrumentelandesysteme auch mit DME-Sendern ausgestattet. Diese stehen dann meist neben dem Gleitwegssender und funktionieren wie normale DMEs auch, nur dass sie mit weniger Energie strahlen. Durch DMEs ist eine konstante und nicht nur punktuelle Entfernungseinschätzung und somit auch ein dauerhafter Abgleich zwischen aktueller und optimaler Höhe möglich. Außerdem sind Einflugzeichen nicht immer realisierbar, da diese oft in unzugänglichen Grundstücken außerhalb des Flughafengeländes installiert werden müssten.
Technisch bedingt erhöht sich die Genauigkeit des ILS, je näher man sich den Antennenanlagen nähert. Dadurch führen schon kleine Richtungsänderungen zu heftigen Ausschlägen in den Cockpitinstrumenten. Über der Schwelle liegt die Genauigkeit bei etwa 3 bis 5 Metern.
Die Genauigkeit kann durch verschiedenen äußere Faktoren negativ beeinflusst werden:
Um sicherzustellen, dass diese Faktoren das ILS nicht zu sehr beeinflussen, werden die Signale vom Localizer und Gleitweg stets überwacht. Das geschieht durch verschiedene Empfangsgeräte auf dem Flughafengelände. Diese messen permanent die Genauigkeit des ILS und schlagen bei Unterschreitung bestimmter Toleranzgrenzen Alarm. Dann wird der Localizer, der Gleitweg oder das ganze ILS sofort abgeschaltet. Piloten im Endanflug müssen den Anflug dann nach Sicht fortsetzen oder Durchstarten.
Neben diesen Empfangsgeräten gibt es eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Genauigkeit eines ILS: Flugvermessungen. Diese müssen spätestens alle 180 Tage, also etwa 6 Monate, für jedes ILS durchgeführt werden. Daher gibt es gerade an großen Flughäfen mit vielen ILS-Anlagen (8 in Frankfurt) regelmäßig solche Vermessungsflüge. In Deutschland ist dafür die Flight Calibration Services (FCS), eine Tochterfirma der Deutschen Flugsicherung (DFS) zuständig. Dazu werden speziell ausgerüstete Beech King Air 350 genutzt.
Das ILS kann in drei Betriebsstufen betrieben werden: CAT I, CAT II und CAT III, wobei sich CAT III nochmal in CAT III a, b und c unterteilt. Je höher die Betriebsstufe des ILS, umso zuverlässiger und genauer muss die Technik sein. Dadurch sind geringere Anflugminima möglich (siehe dazu ILS-Anflug). Zur Vermeidung ungewollter Reflektionen wird um den Localizer und Gleitweg außerdem jeweils eine Schutzzone eingerichtet, in welcher sich keine Personen oder Fahrzeuge aufhalten dürfen. Die Dimensionen dieser Schutzzonen sind ebenfalls von der Betriebsstufe abhängig. Bei CAT III ist die Schutzzone deutlich größer als bei CAT I. Das ist übrigens auch der Grund, warum die CAT II / III - Rollhalte weiter von der Piste entfernt sind als der CAT I - Rollhalt.
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