L'ILS est un système d'aide à l'atterrissage aux instruments. Il permet de respecter une trajectoire de descente aboutissant à une piste. Les informations délivrées au pilote sont une information d'écart latéral par rapport à l'axe de la piste (Localizer) et une information d'écart vertical par rapport au plan de descente idéal (Glide Path) qui est généralement de l'ordre de 3° (soit environ 5%). Une information discontinue de distance par rapport au seuil de piste est donnée par les markers et permet également un contrôle de la trajectoire. Une information continue de distance peut être obtenue si l'ILS est couplé à un DME.
Les plans du localizer et du glide avec les déviations des aiguilles associées
Le boîtier de commande et l'instrument de lecture de l'ILS sont très semblables à ceux du VOR avec toutefois une indication supplémentaire donnée par l'aiguille du glide. Sur un cadran de lecture ILS, on peut donc recevoir une information de radial VOR sur l'aiguille du localizer. Dans ce cas, l'interprétation de l'écart de l'aiguille diffère (débattement maximal de l'aiguille du localizer égal à 10° en utilisation VOR contre 2.5° en utilisation ILS). En utilisation VOR d'un ILS, l'aiguille du glide est inopérante et une alarme (ou flag) apparaît sur le cadran de lecture. Sur un ILS classique, il n'est pas nécessaire d'afficher le QFU (orientation magnétique de la piste) pour obtenir une information correcte. Le fait d'afficher la fréquence de l'ILS est suffisant. En revanche, il faut impérativement afficher le QFU sur un plateau de route HSI (Horizontal Situation Indicator) pour que l'information reçue soit cohérente.
Récepteur de bord radio - radionavigation : A gauche, le récepteur COM qui permet de sélectionner les fréquences de communication avec le contrôle aérien. A droite, le récepteur NAV qui permet de sélectionner les fréquences des moyens de radionavigation utilisés pour le vol (VOR ou ILS).
L'afficheur de l'ILS : Le rond central représente la position de l'avion, l'aiguille verticale représente le localizer et l'aiguille horizontale représente le glide. Les récepteurs des markers se trouvent au-dessus de l'afficheur. Dans le cas représenté ici, l'avion est à droite de l'axe et au-dessus du plan de descente.
Fonctionnement :
L'ILS fonctionne dans la gamme très hautes fréquences VHF de 108 à 112 MHz par 1/10 de MHz impairs. Le Glide Path fonctionne lui dans la gamme ultra hautes fréquences UHF de 329 MHz à 335 MHz. Mais, les fréquences associées au glide sont appariées aux fréquences du localizer. Lors de l'utilisation, on affiche donc uniquement la fréquence du localizer, obtenant ainsi la réception du glide directement. Six fois par minute, une modulation à 1020 Hz en code morse est émise sur la fréquence VHF du localizer permettant la transmission de l'indicatif de l'ILS et son identification par le pilote.
On distingue plusieurs catégories d'ILS selon la hauteur de décision (HD) permise (hauteur à laquelle le pilote remet les gaz s'il ne voit pas la piste) ainsi que la portée visuelle de piste (RVR) minimale autorisée :
Cependant, l'ILS présente certaines faiblesses qui génèrent des contraintes opérationnelles. Elles sont dues en premier lieu à la susceptibilité des signaux aux perturbations radioélectriques (émissions FM dont la bande est proche de celle de l'ILS, par exemple). En second lieu, l'ILS est aussi sensible aux réflexions de signaux émis par des bâtiments proches ou par les avions près des émetteurs. En cas de faible visibilité (CAT III), il est ainsi nécessaire de réduire le « débit » de la piste pour protéger les avions en approche finale des perturbations engendrées par les avions précédemment posés. Cela conduit à imposer un espacement important (au minimum 8 NM soit environ 15 km) entre les appareils en approche. Un système de contrôle automatique coupe le rayonnement et génère une alarme en cas de décalage des axes nominaux, de distorsion des faisceaux au delà des valeurs définies pour la catégorie d'ILS ou de baisse de la puissance normale de rayonnement.
Une autre limitation vient du fait que l'ILS ne définit qu'une seule trajectoire d'approche. De plus, le secteur de guidage ILS est relativement étroit, ce qui induit des contraintes pour la « capture » de l'axe d'approche. Face à ces insuffisances, un nouveau système a été développé : le MLS (Microwave Landing System). Le MLS offre une couverture beaucoup plus large en surface et en volume, d'où des conditions d'utilisation plus souples que l'ILS. De plus, le système est, par conception, très peu sensible aux perturbations radioélectriques. Cependant, sa mise en oeuvre fut, dans un premier temps, limitée par manque de justification économique et par les perspectives offertes par les systèmes spatiaux (GPS).
Fonctionnement du localizer :
Des antennes sol placées à 300 mètres après l'extrémité de piste rayonnent une onde porteuse VHF. Cette porteuse est modulée en amplitude par deux fréquences : 90 Hz (à gauche de l'axe) et 150 Hz (à droite de l'axe). Le rayonnement se fait de façon à ce que les taux de modulation dépendent directement de la direction de l'émission. La différence des taux de modulation mesurés à bord de l'avion donne la position de l'appareil par rapport à l'axe de piste. Si l'avion se trouve à droite de l'axe de piste, le taux de modulation du 150 Hz est plus grand que le taux de modulation du 90 Hz et inversement si l'avion est à gauche de l'axe de piste. Aligné sur l'axe, la différence des taux de modulation est nulle.
Les antennes et le shelter du localizer
Performances du localizer :
La portée horizontale se situe aux environ de 25 milles nautiques NM (46 km) à ± 10° de l'axe et à 17 NM à ± 35° de l'axe. Les signaux doivent pouvoir être reçus aux distances horizontales spécifiées à une hauteur égale ou supérieure à la plus grande des deux hauteurs suivantes :
2000 ft au dessus de l'altitude du seuil de piste
1000 ft au dessus de l'obstacle le plus élevé à l'intérieur des aires d'approche intermédiaire et finale
et jusqu'à une surface partant de l'antenne et inclinée de 7°.
La précision pour un localizer de catégorie II est ± 0.1°. L'information du localizer est sensible à la présence d'obstacles (problèmes de réflexion des signaux). L'information reçue à bord est la résultante du champ direct et du champ réfléchi. On remédie à ce problème en plaçant des écrans supprimant ce phénomène de réflexion parasitaire. La puissance de l'émetteur sol est de 100 W. La déviation de l'aiguille du localizer en fonctionnement ILS est de ± 2.5°.
Fonctionnement du glide :
Le principe est analogue à celui du localizer. Une porteuse UHF est modulée en amplitude par du 90 Hz (au dessus du plan de descente) et par du 150 Hz (en dessous du plan de descente). Sur le plan de descente, la différence des taux de modulation est nulle. Des lobes secondaires sont émis par les antennes ce qui crée des faux plans de descente. Afin de ne pas intercepter un de ces « faux glides », le pilote s'aide d'une information de distance par rapport à la piste (qui peut lui être fournie par les markers ou un DME) et il connaît la bonne hauteur à laquelle il doit se trouver à cette distance du seuil de piste en suivant sa fiche de percée IFR. L'antenne du glide est placée à proximité du seuil de piste et est désaxée à 150 mètres de l'axe de la piste. Le système est directif dans le plan vertical.
L'antenne et le shelter du glide
Performances du glide :
Sa portée horizontale se situe aux environs de 10 NM (18.5 km) à ± 8° de l'axe du localizer et sa portée verticale est comprise entre 0.45 et 1.75 fois l'angle du plan de descente. La précision pour un glide est de 0.02° à 0.05°. La puissance de l'émetteur sol est de 30 W. La déviation de l'aiguille glide est de ± 0.5°. Les erreurs principales sont dues aux erreurs de parallaxe (antennes non situées sur l'axe de piste) et à une courbure d'axe créée par la conductivité différente des éléments naturels se trouvant à proximité de la piste.
Carte d'approche ILS des pistes 27 de Roissy - Charles De Gaulle (LFPG)