Universidad Catlica Andrs Bello Facultad de Ingeniera Escuela de Telecomunicaciones Sistemas de Radares Ing. Nicola Buonanno

ILS (Instrument Landing System) Sistema de Aterrizaje Instrumental

Integrantes: Claudia Garranchan. Jhonathan Matos. Yralix Gonzlez.

ResumenEste trabajo consiste en la descripcin del principio de funcionamiento, as como

tambin, una explicacin de cada uno de los componentes que conforman el sistema ILS, el cual representa una radioayuda a la navegacin area, Instrument Landing System Sistema de Aterrizaje Instrumental. Este es un sistema direccional para proporcionar a los aviones, por medio de transmisiones radiales e instrumentos, indicaciones de cmo llegar, en forma segura, a la pista de aterrizaje aun con poca o cero visibilidad.

Palabras Clave: Aterrizaje, Punto de Toque, Radiobalizas, Localizador, Senda de planeo.

IntroduccinCon el desarrollo vertiginoso de la aeronutica civil y la necesidad de mejorar la seguridad de los vuelos bajo cualquier condicin meteorolgica y de navegacin fueron perfeccionndose los sistemas de ayuda a la navegacin area. La principal radioayuda de precisin utilizada para la aproximacin final y el aterrizaje en los aeropuertos utilizada mundialmente es el sistema ILS.

Los sistemas de aproximacin y aterrizaje son aquellos que proporcionan una gua al piloto de una aeronave que desciende, para facilitarle la aproximacin y aterrizaje a la pista del aeropuerto que desea.

El sistema de Aterrizaje por Instrumentos (ILS) se realiza como una radio ayuda esencial en la aproximacin final y el aterrizaje y consta bsicamente de tres estaciones que nos permiten llevar a cabo todo el proceso de aterrizaje por instrumentos.

La aproximacin es una fase del vuelo que comienza en el momento que se deja el vuelo de crucero para iniciar la maniobra de acercamiento con descenso y finaliza en el momento que se llega al punto de decisin, que es aquel en que se debe determinar si se aterriza o se frustra la maniobra, para elevarse de nuevo. El aterrizaje, es la operacin que empieza en el punto de decisin, cuando ya se ha decidido tomar tierra y no se puede frustrar el aterrizaje, finalizando una vez que el avin se ha posado en la pista y ha disminuido su velocidad.

Por la forma en que se transmite la informacin, se origina la clasificacin en dos grupos: las ayudas visuales y las radioelctricas. Las ayudas visuales utilizan la energa electromagntica como portadora de informacin permitiendo realizar con mayor eficacia el contacto visual con la pista de aterrizaje y con la trayectoria correcta de la senda de descenso. Entre las ayudas radioelctricas, la que se ha usado durante muchos aos, normalizado por la OACI, ha sido el ILS (Instrument Landing System), como se mencion anteriormente.

ILS (Instrumental Landing System) Sistema de Aterrizaje Instrumental

La aproximacin y la trayectoria de aterrizaje pueden ser definidas como la interseccin del plano vertical que incluye el eje de la pista con el plano inclinado que incluye el punto de contacto y conforma con el plano horizontal de la pista el mismo ngulo que ser utilizado por la aeronave para el aterrizaje.

Cuando se habla de aproximacin al aeropuerto, es preciso aclarar que la maniobra se divide en tres fases operativas diferentes. La primera se denomina aproximacin inicial, establece la transicin entre lo que es l vuelo de crucero y la configuracin de descenso. En esta fase se modifican y adaptan los parmetros de velocidad y altura a la aproximacin. La segunda fase se denomina aproximacin intermedia. En ella, cobra relevancia la altitud, velocidad y distancia de separacin con otras aeronaves. Esta fase termina en el punto en que se pueda empezar a emplear el sistema de aproximacin. La tercera fase denominada fase de

aproximacin final, es en la que la aeronave ya ha interceptado los haces del sistema y est alineado con la pista.

La aeronave debe conocer su progreso a lo largo de la trayectoria de planeo o sea su distancia con respecto al umbral de la pista (o punto de contacto de la pista), antes de cambiar la configuracin de vuelo (reduccin de velocidad, extensin de superficies, etc.) pasar a una la operacin de procedimiento frustrado, por lo que la trayectoria de planeo es marcada por diferentes puntos, de acuerdo a las categoras. Generalmente se marcan elctricamente por 3 radio balizas llamadas marcador interior, marcador intermedio y marcador exterior, que no es la forma ms optima por no ser una medicin continua, en la actualidad ha comenzado a utilizarse los DME asociados a los ILS.

Las siglas ILS se traducen del ingles como Sistema de Aterrizaje Instrumental, aunque es un sistema de aproximacin, es aquel que proporciona una gua de descenso y de ruta en la fase final de la aproximacin hasta la cabecera de la pista, pero no detalla la maniobra de toma de tierra, ni la disminucin de velocidad.

De una manera ms especfica, aporta la informacin acerca de la posicin de la aeronave respecto del eje longitudinal de la pista y respecto de la senda de planeo ptima. Segn esto, los pilotos sabrn en todo momento si se encuentran alineados con el eje de pista o desplazados lateralmente (izquierda o derecha); de igual manera recibirn informacin de si su senda de planeo es la correcta o, por el contrario, se encuentran por encima o por debajo de la senda de planeo publicada en las cartas de aproximacin.

Figura 1.- Fases de Vuelo.

Principios de FuncionamientoVolar un avin es una combinacin de dos juegos de reglas y la mayora de las veces se trata de una combinacin de ellas, que son:

VFR: Visual Flight Rules (cuando hay buena visibilidad). IFR: Instrument Flight Rules (situacin en gran parte dependiente de instrumentos porla falta de visibilidad). Un sistema de aterrizaje instrumental permite que un avin sea guiado con precisin durante la aproximacin a la pista de aterrizaje y en algunos casos, a lo largo de la misma. En lneas generales, el principio de funcionamiento toma en consideracin lo siguiente: Altura del avin. Velocidad de aproximacin. Cdigo de su pista area de acercamiento. Posicin del avin respecto a los radiofaros que emiten seales de radio en ngulo muy estrecho. Aparecen a medida que el avin pasa sobre ellos, advirtindole si su rumbo, altura y velocidad son correctos respecto a la pista de aterrizaje. La torre de control revisa segundo a segundo el acercamiento del avin en la pantalla verde de radar informndole de cualquier desviacin Las luces de las pista (balizas) emitan pequeas onda s de radio que centran las computadoras del avin para ubicarlo en el centro de la pista de aterrizaje satelital. Para obligar al avin a ponerse en lnea recta con respecto a la pista, el avin se acerca a la radiobaliza (A) que lo pone en lnea con la pendiente de aterrizaje prximo, aproximadamente a 10 kilmetros de la pista de aterrizaje. Al llegar a la proximidad de la pista hay dos emisores de radio, uno que genera haces de radio verticales (B) que van decreciendo de intensidad y que marcan la pendiente de bajada del avin y otros (C) que generan ondas a lo largo del eje central de la pista para no desviar al avin de ella. Todo esto se describe en la Figura 2.

Figura 2.- Disposicin a la aproximacinEl ILS ha sido inventado para aterrizar bajo severas condiciones meteorolgicas tales como: lluvia, neblina, intensa nubosidad, entre otras.

Neblina

Mal tiempo (Lluvia)

Intensa Nubosidad

Figura 3.- Condiciones meteorolgicas (Aterrizaje por ILS)

Subsistemas del ILSEl sistema consiste de un arreglo de antenas de un Radiofaro Localizador, un Radiofaro de Trayectoria de Planeo (Glide-Path), estaciones de Markers y un equipo DME (Equipo Medidor de Distancia). Las posiciones de los diferentes componentes del sistema ILS con respecto a la pista de aterrizaje son como siguen (Figura 4)

Figura 4.- Componentes del ILS.

El sistema ILS consiste bsicamente en dos partes fundamentales:

1. El sistema de tierra:Localizador (LOC) Senda de Planeo(Glide Path) (GP) Marcadores (MK)

2. El sistema de abordo (el receptor e indicador)

Descripcin del Sistema de TierraLocalizadorComnmente llamado LOC (Figura 5), es que el proporciona a la aeronave la desviacin lateral respecto a la propagacin del eje de la pista de aterrizaje. El plano de referencia es vertical, perpendicular a la superficie terrestre y contiene al eje de la pista. Indica cul es el eje de la pista y la desviacin respecto al mismo.

Figura 5.- Localizador.El sistema radiante est formado por un transmisor de radio VHF y un arreglo de antenas situadas en la cabecera de la pista dentro de los 40 canales dentro del rango de frecuencias de los 108,1 y 111,9 MHz (Figura 6) y actualmente se componen de 12 a 24 antenas que se pueden apreciar desde el avin en descenso, con curso frontal, que es la ruta de aproximacin del

localizado, al final de la pista, pero tambin se puede utilizar con curso trasero, es decir, con las antenas en el extremo de la pista que se sobrevuela. Este no es utilizado por todos los sistemas.

Figura 6.- Caractersticas de las antenas radiantes del Localizador.La seal transmitida por el localizador se transmite al otro extreme de la pista y se componen de dos modelos en forma de abanico-vertical que se superponen, con el objeto de alinearse con la lnea central extendida de la pista. Cuando la nave se aproxima, se crea una la seal CSB (carrier side band), que es la lateral portadora, emitida por las antenas centrales. Esta seal es modulada AM, con frecuencias entre 90 y 150 Hz. Los dems pares de antenas emiten una seal nica SBO (side Band Only), los cuales se alimentan por seales moduladas en doble banda lateral por las frecuencia de 90 y 150 Hz, pero desfasadas 180 grados entre si. La seal portadora que alimenta a estos pares de antenas se adelanta 90 grados respecto a la que alimenta al par de antenas centrales. El ancho del haz de navegacin puede variar entre unos 3 a 6 que se ajustan para proporcionar 700 metros de ancho en el umbral de la pista. Para que la aeronave identifique al localizador del cual est recibiendo las seales, se enva una subportadora en AM de 1020 Hz, que transmite en cdigo Morse el indicativo de la estacin. El piloto ha de sintonizar en la caja de mando la frecuencia de la estacin emisora.

Senda de PlaneoLa Senda de Planeo GS - Glide Slope (Figura 7) proporciona informacin sobre la inclinacin apropiada para la aproximacin (entre 2 y 3). Su emisin es en la banda UHF, entre 329,3 y 335,0 MHz (ver Figura 8). Ofrece orientacin vertical para el piloto durante la aproximacin. La pendiente de planeo ILS es producida por un transmisor de radio terrestre UHF y un sistema de antena. El transmisor se encuentra a 750 a 1.250 pies (ft) por la pista del umbral, que se compensan 400 a 600 m del eje de la pista. La trayectoria de planeo UHF es par con la correspondiente frecuencia VHF del localizador.

Figura 7- Senda de Planeo.

Figura 8.- Caractersticas de las antenas radiantes de la Senda de Planeo.Al igual que el localizador, el deslizamiento de la seal pendiente consiste en la superposicin de dos seales modulada a 90 Hz y 150 Hz. La diferencia con el localizador, es que estas seales estn alineadas una encima de la otra y son emitidas principalmente a lo largo de la culminacin de la aproximacin. La seal proporciona informacin para el descenso hasta la altura de decisin (DH) autorizada ms bajo. La senda de planeo puede no ser adecuado para la navegacin por debajo de la DH menor autorizada y cualquier referencia a las indicaciones de la senda de planeo por debajo de esa altura debe ser complementado por referencia visual al entorno de la pista. La seal de la pendiente de planeo es recibida por un receptor de UHF en la aeronave denominado MMR (Multi Mode Receiver). En las instalaciones de las aeronaves modernas, ya es un equipo mltiple, ya que integra todos los sistemas. De esta forma, la frecuencia de la pendiente de planeo correcta se ajusta automticamente cuando la frecuencia del localizador se selecciona. A continuacin se muestra la arquitectura del receptor de la senda de planeacin (Figura 9):

Figura 9.- Diagrama de Bloque del MMR.En la siguiente imagen (Figura 10) se muestra el guiado horizontal de la aeronave. Segn lo que se observa se puede suponer que ya ha interceptado el localizador, es decir, la aguja vertical del CDI se encuentra centrada. La representacin del primer CDI (el situado ms a la izquierda) presenta la aguja horizontal situada en la parte superior de dicho CDI, lo que indica es que la aeronave se encuentra muy por debajo de la senda de planeo. La forma de corregir esta situacin sera aumentando la altitud. Sin embargo, la imagen muestra que la aeronave no ha interceptado todava el punto donde debe iniciarse el descenso, por lo que no se modifica la altitud y se puede continuar volando nivelado.

Figura 10.- Ejemplo de Senda de Planeo.

Conforme se acerca al momento de descenso, la aguja horizontal comienza a bajar y se sita ms cercana a la posicin central (segundo de la imagen). Finalmente, cuando la aguja horizontal se sita en la posicin central del indicador (tercera de la figura ) se debera iniciar el descenso, con una tasa de descenso en ft/m (pies por minuto) adecuada para la velocidad final de aproximacin de la aeronave. Esa tasa de descenso permitir que la aguja horizontal permanezca nivelada en todo momento. Si en alguna fase se sita por encima o por debajo de la lnea central estar indicando que la aeronave se encuentra volando bajo o alto, respectivamente, por lo que se tendr que modificar la tasa de descenso para corregir esa desviacin. Atendiendo a la aproximacin que realiza la aeronave, se pueden distinguir varios planos, superficies y trayectorias: SRN: superficie de Rumbo nominal. Es el plano vertical que contiene al rumbo. SDI: superficie de descenso indicada. SDN: superficie de descenso nominal. Es un plano inclinado con cierto ngulo respecto a la horizontal. SDT: superficie de descenso terica. Es la superficie cnica de revolucin cuyo eje vertical es tangente a SDN.

Figura 11.-Localizacion a la pista de los componentes terrestres de la senda.

Las frecuencias del Localizador y de la Senda de Planeo son emparejadas de manera que se usa un solo receptor pero de dos bandas (UHF/VHF). Este quiere decir que cierta estacin ILS de una aeropuerto en particular, cuando tenga una frecuencia para el Localizador de (digamos) 108.50 MHz entonces automticamente la frecuencia de la Senda de Planeo es 329.90 MHz. Este tambin quiere decir que el Localizador opera en la banda de VHF (< 300 MHz) y la Senda de Planeo en la banda de UHF (> 300 MHz). Este garantiza que no hay interferencia entre los dos sistemas a pesar que la relacin es casi de 1: 3.

Localizador LOC (MHz)108.10 108.15 108.3 108.35 108.5 108.55 108.7 108.75 108.9 108.95 109.1 109.15 109.3 109.35 109.50 109.55 109.70 109.75 109.90 109.95 110.1

Senda de Planeo GS (MHz)334.70 334.55 334.10 333.95 329.90 329.75 330.50 330.35 329.30 329.15 331.40 331.25 332.00 331.85 332.60 332.45 333.20 333.05 333.80 333.65 334.40

El Localizador y la Senda de Planeo son dos sistemas diferentes, operando en diferentes frecuencias y usando sistemas de antenas completamente diferentes y estn instalados en diferentes partes de la pista de aterrizaje.

Localizador LOC

Senda de Planeo GS

Con estas dos seales el piloto tiene tanto informacin horizontal como vertical para efectuar un aterrizaje correcto, tocando tierra en centro de la pista, en el umbral de la pista y bajo el ngulo correcto.

RadiobalizasLa funcin de los radiomarcadores, radiobalizas o Marker Beacons es indicar al piloto que est pasando por encima de un punto determinado de la ruta (Figura 12- Figura 13). Trabajan en la frecuencia de 75 MHz y cuando la aeronave pasa por encima el piloto recibe en cabina indicaciones visuales y acsticas. Son comunes en la senda de aproximacin como ayuda a las aproximaciones instrumentales, y habitualmente se pueden encontrar tres: Outer Marker (OM): Marcador exterior, se encuentra entre 4 y 7 NM del umbral de pista y en el eje de la misma. La seal luminosa es de color azul y la acstica es de 400 Hz. A menudo indican el inicio de la senda de aproximacin final. Middle Marker (MM): Marcador intermedio, situado a unos 1050 m del umbral de pista. Su seal luminosa es mbar y la sonora es de 1300 Hz. A menudo se busca que coincida con la altura de decisin (unos 200 ft AGL). Inner Marker (IM): Marcador interior, colocada a 310 m del umbral de pista. Produce un sonido de 3000 Hz y se enciende una luz blanca. Es muy poco utilizado en aeropuertos, y algunas veces se utiliza ms bien para marcar puntos importantes en aerovas.

Figura 12.-Radiobalizas (Caractersticas).

Figura 13.-Radiobalizas (Distancias al Umbral de Pista).Las radiobalizas se identifican con discretas caractersticas visuales y de audio, en las siguientes figuras se puede ver el marcador de cdigo-luz (Figura 14- Figura 15):

Figura 14.- Indicadores de las luces de las Radiobalizas.

Figura 15.- Indicadores de Radiobalizas.

Descripcin del Sistema de AbordoEl sistema de abordo consiste en un receptor y un indicador que seala si el avin est en posicin correcta tanto en el sentido horizontal como vertical con el fin de aterrizar exactamente en el umbral de la pista. Como es un sistema de receptor, la antena abordo del avin es sencillo. El sistema de debe solamente detectar las seales e interpretar sus magnitudes de tal forma que puede producir indicaciones al piloto de como iniciar y continuar con el aterrizaje. El instrumento de panel es simplemente un indicador desviacin tanto del plano horizontal como vertical. Cuando el rumbo es correcto, es decir hacia el centro de la pista volando bajo una ngulo de 3r, el piloto simplemente mantiene este trayecto hasta llegar a la pista.

El equipo de a bordo detecta a travs de una antena, la radiacin emitida por el arreglo de antenas del localizador. Como son dos tonos (90 y 150 MHz), existen dos ndices de modulacin m90 y m 150, que varan dependiendo del ngulo en la que se encuentra la aeronave respecto al radial del localizador. La diferencia de modulacin DDM (Difference Depth of Modulation) es el parmetro real que mide el receptor del equipo.

El indicador de cabina CDI (Course Desviation Indicator) muestra mediante una barra vertical, que se desplaza horizontalmente, la maniobra que se debe realizar para alcanzar el eje de la pista. El indicador no solamente indique si el avin esta en el rumbo correcto, demasiado alto/bajo o demasiado a la izquierda/derecha sino tambin indique el rumbo de vuelo. Las partes que constituyen el indicador se muestran en la Figura 16, mientras que su funcionamiento se puede apreciar en la figura 17.

Rumbo (090r)

Barra para Desviacin Vertical

Barra para Desviacin Horizontal

OBS = Omni Bearing Selector

Figura 16.- Partes Del Indicador ILS de cabina

Figura 17.- Funcionamiento Del Indicador ILS de cabina

Categoras Operacionales del ILSLos aeropuertos son clasificados en categoras operacionales, las cuales estn basadas en valores de parmetros del aterrizaje bajo los cuales las tripulaciones no pueden realizar las aproximaciones y aterrizajes. Estos parmetros tienen en cuenta los siguientes aspectos: Altura de decisin (DH), menor altura a la cual en el aeropuerto en cuestin la tripulacin tiene que decidir si existen las condiciones no para continuar con la aproximacin y aterrizaje. Alcance visual en la pista (RVR), es la distancia horizontal mxima a la cual pueden verse las seales de referencia de pista durante el da y las luces de pista de noche. El RVR es el parmetro que interesa al piloto durante el despegue y aterrizaje y se mide solo cuando la visibilidad meteorolgica es alrededor de 1 Km. Existen 3 categoras operacionales: I; II; III esta ltima dividida en tres subcategoras IIIa; IIIb y IIIc. A continuacin (Figura 18) se muestran las condiciones de visibilidad de cada una de las categoras

Figura 18.- Visibilidad segn las Categoras del ILS.

Caractersticas de la categora I.El piloto tiene buena visin y puede ver claramente la pista y las luces. En sta situacin se puede usar una combinacin de VFR y IFR. Un ILS estndar se considera de Categora I, lo que permite aterrizajes con una visibilidad mnima de 2.400 pies (732 m) o 1.800 pies (549 m) en caso de que haya iluminacin de la lnea central y zonas de toma de la pista y un mnimo de techo de nubes de 200 pies (61 m). Para la categora I la altura de decisin es de 60m y el RVR es de mayor igual a 800m, esto significa que la aeronave estando a 60m de altura puede proceder a la aproximacin solo si el umbral de la pista puede ser visto (deben estar satisfecho los restantes requerimientos). DH = 60m, RVR u800m

Caractersticas de la categora II.Las aproximaciones de Categora II permiten aterrizar con una altura de decisin de 100 pies (30 m) y una visibilidad de tan solo 1.200 pies (366 m). DH = 30m, RVRu400m

Caractersticas de la categora III.La Categora III la vuela el sistema de aterrizaje automtico del aparato, y permite operaciones sin incluso altitudes de decisin y una visibilidad mejor a 700 pies (213 m). Estas son condiciones de visibilidad nula. En la categora operacional III, existen tres tipos: Categora IIIa: 0 DH 30m, en este caso la DH depende de las caractersticas de las aeronaves (altura mnima de interrupcin de la aproximacin). RVR 100m. Categora IIIb: DH = 0, sin referencia visual para el aterrizaje. RVR 50m, solo el carreteo es visual. Categora IIIc: DH=0 RVR=0

Conclusiones

A travs de la definicin de los conceptos y principios de funcionamiento del ILS se pudo determinar los principales parmetros que caracterizan el trabajo que desempea en los aeropuertos como sistema de navegacin de alta precisin para la aproximacin y aterrizaje de aeronaves, a fin de continuar con dichas operaciones a pesar de las inclemencias del tiempo y la hora del da.

Estos sistemas alcanzan gran precisin aunque tienden a ser muy sensibles; el ILS es ms sensible cuan ms cerca nos encontremos del emisor. La mejor senda es la que nos lleva con las dos agujas centradas en forma de cruz, pero no siempre ser posible mantener esa senda. Adicionalmente, dichos sistemas exigen una gran preparacin del personal para poder efectuar los ajustes y su respectivo mantenimiento, debido a que la seales que son generadas tienen un comportamiento sumamente preciso, segn el requerimiento establecido. La localizacin se basa en los criterios de presencia y proximidad.

Cuando la pista de aterrizaje de un aeropuerto dispone de un sistema ILS (asi como la aeronave) se pueden llevar a cabo aterrizajes en condiciones meteorolgicas adversas que de otro modo impediran directamente el uso de la pista, sin embargo, el sistema no se puede instalar en aeropuertos cuya pista de aterrizaje sea inferior a los 1700 metros. Tambin existe poca flexibilidad, ya que proporciona una nica trayectoria de aproximacin y no puede ser utilizada por aeronaves con ngulo de descenso pronunciado. En caso de existir obstculos, la propagacin de las ondas se ver interferida.

BibliografaSistemas de radio navegacin de aeropuertos para estudiantes de la Aviacin Civil. Autores: K.B. Macarov; L.IA: Ilniski; I. F Chechin. Editora Construccin de maquinaria 1998. Moscu. Sistema de navegacin de Area. Autores: Robert Arn Escuer; J. R. Aragoneses Manso. Editora Paraninfo. Segunda Edicin. 1992. Manual sobre ensayo de radio ayudas para la navegacin. Doc 8071. Volumen I. Cuarta edicin-2000 The Instrument Landing System. A. GENERAL DESCRIPTION. Instrument landing system (ILS).www.allstar.fiu.edu/aero/ILS.htm Instrument Landing System (ILS) [Aviation Theory] - Flightsim Aviation Zone Your Flight Simulation and Aviation Source. www.flightsimaviation.com/aviation_ theory_8_Instrument_Landing_System_ILS.html Instrument-landing system (ILS), ground-based radio system designed to provide an airplane pilot with precise guidance for the final approach in landing. www.encyclopedia.com/html/i1/instrm-la.asp The Instrument Landing System (ILS) is an instrument approach system for landing in instrument meteorological conditions. It serves the terminal segment of ... .wikipedia.org/wiki/Instrument_Landing_System Instrument-landing system. The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001-05. www.bartleby.com/65/in/instrm-la.html