ILS (Instrument Landing System)

À l'aide des instruments de navigation, il y a déjà longtemps que les aéronefs peuvent voler sans visibilité. Il en va différemment pour les atterrissages par mauvais temps car, sans la vue du sol, un pilote ne peut descendre sans danger au-dessous d'une altitude, liée à la précision de localisation des systèmes de radionavigation et à la hauteur des obstacles dans la zone.

L'atterrissage avec une mauvaise visibilité étant une nécessité pour la régularité de l'exploitation de l'aviation commerciale, des "procédures d'approche aux instruments" ont été définies, pour permettre aux avions d'évoluer de façon optimale vers une piste, en utilisant un système de guidage déterminé et en respectant des marges spécifiées de protections vis-à-vis des obstacles. À chaque procédure correspondent des "minimums opérationnels" qui fixent les visibilités nécessaires pour entreprendre la procédure et la "hauteur de décision", hauteur la plus basse à laquelle le pilote doit interrompre celle-ci s'il n'a pas obtenu une vue suffisante du sol.

Dès avant la guerre, on était presque parvenu à effectuer des atterrissages sans visibilité avec des moyens rudimentaires. Après la guerre, en 1946, alors que la réglementation des minima n'existait pas encore, de nombreux atterrissages ont eu lieu par des visibilités pratiquement nulles, à Londres en particulier. Enfin, le fait indiscutable et permanent de la Postale de nuit était là, avec son étonnante régularité de plus de 99 %, ce qui prouvait qu'avec des moyens rudimentaires et des équipages entraînés d'excellents résultats pouvaient être atteints.

Les minimums opérationnels dépendent en grande partie de la précision du guidage. Le système de guidage international, normalisé par l'OACI. en 1947, est l'ILS (Instrument Landing System) dont les émetteurs au sol matérialisent, dans l'espace, deux plans en quadrature par rapport auxquels les avions équipés des récepteurs adaptés peuvent se situer:

Synoptique faisceaux ILS
Un plan vertical contenant l'axe de piste, constitué par un ensemble d'antennes situées après le bout de la piste qui émettent une porteuse VHF entre 108,10 et 117,995 MHz ; il s'agit du radioalignement de piste (LOCaliser) ou gisement. À droite de l'axe de la piste, le taux de modulation du 150 Hz est supérieur à celui du 90 Hz et inversemment à gauche de l'axe. La différence de taux permet d'en déduire un écart qui est affiché sur le récepteur de bord. Le diagramme de rayonnement est ouvert d'environ 5° dans le plan horizontal et 7° dans le plan vertical. Il s'ajoute une modulation à 1020 Hz qui transmet le code Morse d'identification de la station correspondant généralement à 2 ou 3 lettres de l'alphabet (OLW pour la piste 26 à Orly par exemple) transmis au moins 6 fois par minute.
Un plan de descente d'une pente d'environ 3 degrés, constitué par un ensemble d'antennes situées à 120 m sur le coté de la piste, près du seuil, qui émettent une porteuse UHF entre 328,6 et 335,4 MHz appariée à la fréquence du localizer ; il s'agit du radioalignement de descente (GLIDE-path) ou azimut ou site. Au-dessous du plan de descente, le taux de modulation du 150 Hz est supérieur à celui du 90 Hz et inversemment au-dessus du plan. La différence de taux permet d'en déduire un écart qui est affiché sur le récepteur de bord. Ils assurent un plan de descente réglable et généralement de l'ordre de 2,5° (3,0° pour la piste 26 à Orly par exemple). Le diagramme de rayonnement est ouvert d'environ 16° dans le plan horizontal et 7° dans le plan vertical.

Le système est complété par deux ou trois radio-balises (MARKERs VHF 75 MHz), qui rayonnent verticalement et constituent des repères de distances avant l'entrée de la piste :

TypeCouleurIndicatif
Morse
ModulationDistance avec
l'entrée de piste
OM - Outer MarkerBleu-----400 Hz7 km
MM - Middle MarkerOrange.-.-.-.-.-1300 Hz1 km
IM - Inner MarkerBlanche..........300 hz300 m
En France, ces balises sont remplacé par l'usage des DME ATT

Ce système est sensible aux multi-trajets (réflexions, diffractions ...). Pour réduire le phénomène la plupart des ILS sont bi-fréquence (deux fréquences VHF très proches). Une fréquence VHF pour le guidage dans l'axe de piste (appelé Directif) et une fréquence pour la couverture dans le plan horizontal (appelé Clearance). Le récepteur de bord effectue la capture du signal le plus fort.

Antennes L.749

Les antennes du Constel

Implantation des antennes sur le Constellation L.749
LDD = Lever De Doute
RCA = Radio Compas Automatique
RCM = Radio Compas Manuel

Les antennes du Constel

Sur cette photo, on voit bien les raccordements des antennes HF, l'astrodome, l'antenne VOR ILS, l'antenne VHF inférieure et les antennes pitot droite et gauche qui supportent également les antennes LDD RCA.
Sur certains avions, les antennes LDD RCA se trouvaient sous le fuselage au niveau des ailes, de chaque côté du « Speedpack »

Antennes L.1049C

Les antennes du Constel L.1049C
Les antennes du Constel L.1049C

Report N° 8758 - Lockheed Model 1049C - Crew Operating Manual - June 1, 1953


Implantation des antennes sur un L.1049C

Ce système permet en règle générale des hauteurs de décision de 60 mètres et des visibilités requises inférieures au kilomètre. On peut obtenir des valeurs bien plus basses, dans le cas d'ILS de haute précision, de pistes équipées de balisages lumineux particuliers, d'équipements embarqués spécifiques et d'équipages spécialement qualifiés.

Les approches sont dites de précision de catégorie III si la hauteur de décision associée est inférieure à 30 mètres. Des hauteurs de 10 mètres et des visibilités d'une centaine de mètres sont pratiquées sur certains aéroports. L'atterrissage est alors automatique.

Le principe de réalisation des alignements repose soit sur un « équisignal » à l'intersection de deux lobes de rayonnement modulés par des basses fréquences différentes (90 et 150 Hz), soit sur un «zéro de référence» formé par la superposition d'un diagramme symétrique et de deux lobes latéraux en opposition de phase.

Les signaux ILS et VOR (108 à 117,995 MHz) étant situés dans la même bande de fréquence et avec la même polarisation, les équipements de bord utilisent souvent une antenne et un récepteur communs aux deux systèmes jusqu'à la démodulation. Les informations ILS sont présentées au pilote sur des indicateurs qui matérialisent les écarts angulaires entre la trajectoire idéale et la position réelle, dans des secteurs angulaires de 3 degrés en gisement et de 1 degré en site.

Pendant longtemps après la mise en place des ILS, l'axe de descente a été matérialisé sur les planches de bord par un indicateur à deux aiguilles en quadrature (Zero-Reader) qui indiquaient, par leur décalage de la position centrale, la direction vers laquelle il fallait amener l'aéronef pour rester centré sur l'axe de descente immatériel.

LOC GLIDE et Zero-Reader

Les "captures" des faisceaux LOC et GLIDE par les récepteurs de bord ne sont pas simultanées car les portées des émetteurs sont différentes ; le LOC peut être capté jusqu'à environ 25 miles et le GLIDE jusqu'à 10 miles.

Maintenant, sur les aéronefs modernes, les prises de faisceaux, les écarts et les alarmes sont indiquées sur les écrans EFIS, par exemple pour l'A320 :

En mode approche : Les échelles LOC et GLIDE apparaissent (blanc) dès que la touche ILS est pressée sur le panneau EFIS. Les index d'écart magenta apparaissent lorsque les signaux LOC et GLIDE sont valides, si les échelles LOC et G/S sont affichées. Lorsqu'un index est en butée, seule la moitié de cet index est visible en bout d'échelle.

L'échelle LOC clignote si l'écart dépasse 1/4 de point pendant 2 sec (au-dessus de 15 ft RA (Radio Altimètre)). L'échelle GLIDE clignote si l'écart dépasse 1 point pendant 2 sec (au-dessus de 100 ft RA). Les demi index LOC et GLIDE clignotent si l'écart dépasse 2 points pendant 2 sec.n point représente une déviation de ±0.8° en LOC et ± 0.4° en GLIDE.

Information ILS (magenta)
Les informations suivantes apparaissent au PFD (Primary Fligth Display), lorsqu'une fréquence et un COURSE ILS ont été sélectés et lorsque la touche ILS est pressée :

Index de COURSE ILS (magenta)
Apparaît au PFD lorsqu'une fréquence et un COURSE ILS ont été sélectés et lorsque la touche ILS est pressée. Il est représenté par un symbole en forme de poignard affiché sur l'échelle de cap. Ce poignard est remplacé par la valeur numérique du COURSE ILS (magenta) sur la partie droite ou gauche de l'échelle lorsque sa valeur est hors échelle. Si aucun COURSE n'a été inséré, la valeur par défaut est 360°.

Indications MARKER

En mode Rose :
Aiguille de course ILS (magenta)

Un symbole en forme de poignard indique le COURSE ILS sélecté.

L'ILS est sélecté soit par le FMGC (automatiquement ou manuellement) ou au travers du RMP en mode secours. Si aucun COURSE n'est inséré, la valeur par défaut est 360°.

EFIS A320

Barre d'écart LOC (magenta). Se déplace latéralement sur une échelle en rapport avec l'aiguille de course. Son échelle est constituée de deux points situés de part et d'autre de la déviation 0 ; chaque point représente une déviation de ±0,8° environ. En cas d'écart excessif (1/4 de point) au-dessus de 15 ft RA, la barre et l'échelle clignotent.

Ecart Glide. Représenté par un losange magenta se déplaçant sur une échelle verticale. L'échelle est constituée de deux points blancs placés de chaque côté de la ligne de référence jaune. Chaque point représente une déviation de ± 0,4° environ. En cas d'écart excessif (1 pt) au-dessus de 100 ft RA (Radio Altimètre), l'échelle et le losange clignotent.

Antennes :
Parmi toutes les antennes pouvant être installées sur un A320 : Radar, Localizer, GPS (MMR) 1 et 2, VHF 1, 2 et 3, ATC 1 et 2, GPS (GPSSU) 1 et 2, ADF 1 ET 2, RBDA, HF, VOR, Radio Altimètres 1 et 2, TCAS, Marker, DME 1 et 2 et Glide Slope, les antennes Localizer et Glide Slope sont situées à la base du radome radar, LOC en haut et GLIDE en bas.

Antennes A320

Équipements :
Les deux récepteurs ILS sont installés aux extrémités droite et gauche de l'étagère basse (96VU) de la "soute électronique" avant (90VU) qui se trouve en avant du logement du train avant.

Le séquencement théorique normal d'une procédure d'atterrissage automatique est la suivante :

  1. Mode LOC : Le mode LOC permet la capture et le suivi du faisceau LOC indépendamment du faisceau glide. Il sert à effectuer des approches LOC ou à débuter une approche ILS avec capture du glide plus tard.
  2. Mode G/S : Le mode G/S (Glide/Slope) s'engage, lorsque le mode LOC est engagé et que l'avion intercepte le faisceau glide (la validité radio altimètre n'est pas nécessaire).
  3. Mode LAND : Engagement automatique, lorsque les modes LOC et G/S sont engagés et que l'avion est en-dessous de 400 ft RA. LAND est affiché au FMA (Flight Management Annonciator), il indique que LOC et G/S sont verrouillés, qu'aucune action au FCU (Flight Control Unit) désengagera le mode et que les modes FLARE et ROLL OUT seront assurés.
  4. Mode FLARE : Lorsque l'avion arrive approximativement à 40 ft RA (la valeur précise est fonction de la V/S actuelle de l'avion) le mode FLARE s'engage. FLARE est affiché en vert au FMA. À 30 ft RA, l'Auto-Pilot aligne l'avion sur l'axe de piste (axe de lacet) et effectue l'arrondi (axe longitudinal). Si l'A/THR (Autothrottle) est active, la réduction de poussée s'effectue.
  5. Mode ROLL OUT : Au toucher, le mode ROLL OUT s'engage et assure le guidage sur l'axe de piste. ROLL OUT est affiché vert au FMA, la barre de lacet est présente sur le PFD et les barres FD sont effacées.
Approche A320

Durant une approche ILS, le maintien de vitesse est assuré par l'A/THR.