計器着陸装置
計器着陸装置（ILS）進入の図

航空において、計器着陸装置( ILS ) は、夜間や悪天候でも航空機が滑走路に進入できるように、航空機に短距離の誘導を行う精密無線航法システムです。本来の形では、航空機は高度 200 フィート (61 メートル)、滑走路から1 ⁄ 2マイル (800 メートル) 以内まで進入できます。その時点でパイロットから滑走路が見えるはずです。見えない場合は、進入復行を行います。航空機を滑走路にこの程度まで近づけることで、安全に着陸できる気象条件の範囲が劇的に広がります。このシステムの他のバージョン、つまり「カテゴリ」では、通常予想される気象パターンと空港の安全要件に応じて、最低高度、滑走路視距離 (RVR)、送信機および監視構成がさらに狭くなっています。

ILSの主要コンポーネントであるローカライザーの眺め。ローカライザーは横方向の誘導を行う。送信機とアンテナは、進入端とは反対側の滑走路端の中心線上に設置されている。カナダ、モントリオール・トルドー国際空港の滑走路06Rで撮影された、インドラ社のノルマーク・ローカライザーの写真。

ILSは、水平方向の誘導を行うローカライザー信号（周波数108～112MHz）と垂直方向の誘導を行うグライドスロープ信号（周波数329.15～335MHz）の2つの方向性無線信号を使用します。航空機の位置とこれらの信号の関係は、多くの場合、姿勢指示器の追加ポインターとして航空機の計器に表示されます。パイロットは、滑走路に進入して決定高度に達するまで、指示器が中央に表示されるように航空機を操縦します。オプションのマーカービーコンは、進入の進行中に、決定高度（CAT 1）の位置近くに配置される中間マーカー（MM）などの距離情報を提供します。マーカーは大部分が段階的に廃止され、距離測定装置（DME）に置き換えられています。

計器着陸から有視界着陸への移行を支援するために、滑走路上の照明は、進入照明システムと呼ばれる一連の高輝度ライトを使用して、決定点に向かって延長されることが多い。[ 1 ]

精密進入着陸システムの歴史

1920年代から1940年代にかけて、無線を利用した着陸システムが数多く開発されました。中でも注目すべきは、悪天候着陸用にC.ロレンツAG社が開発したブラインド着陸用の無線航法システムであるロレンツビームです。これはヨーロッパで比較的広く使用され、第二次世界大戦前には世界中の他の大陸の多くの空港にも設置されていました。[ 2 ]その後、今日のILSのような垂直誘導を追加する特許も取得されました。[ 3 ] [ 4 ]

米国で開発されたSCS-51システムは、垂直および水平誘導の精度が向上しました。第二次世界大戦中、英国の空軍基地には多くのシステムが導入されました。1947年の国際民間航空機関（ICAO）設立後、ILSは最初の国際標準精密進入システムとして選定され[ 5 ]、1950年にICAO附属書10に掲載されました[ 6 ]。その後の開発により、ILSシステムはCAT-IIIアプローチまで提供可能になりました[ 5 ] 。

精密進入レーダー（PAR）を用いた地上管制進入（GCA）は、VHFまたはUHFの音声通信リンクを介して、パイロットに必要な水平方向および垂直方向の誘導を提供します。管制官は、VHFまたはUHFの音声通信を介して、専用のプランポジションインジケータ（PPI）にPARから得られた誘導情報を表示し、パイロットに「指示」します。PAR GCAを使用するには、VHFまたはUHFの通信機器以外の機器は航空機に搭載する必要はありませんが、パイロットと管制官は使用資格を取得する必要があります。

CAT-IIIまでの精密進入用の2番目のICAO標準システムは、マイクロ波着陸システム（MLS）で、これもNATOによってPARの代替として導入が計画されていました。民間用途の無料のGPSサービスが利用可能になると予測され、その後、DGPSがVHFデータリンクを介して追加の補正データを提供し、CAT-Iレベルまでの信頼性を向上させることが約束されたため、ほとんどの国は今日までMLSの導入を遅らせることを選択しました。地上ベースのMLSシステムのコストに加えて、航空機の運航者は、MLS受信機に加えて、Cバンドアンテナを航空機に装備することを余儀なくされました。航空機の胴体にCバンドアンテナを後付けすると、MLS受信機のみを後付けするよりも時間とコストがかかります。ただし、ヨーロッパなどでは、1000を超える固定式および可搬式のMLSシステムが導入され、1000を超える民間航空機と軍用航空機にMLS機器とアンテナが装備され、約10年間使用されています。

GPS信号への無料アクセス、そして後には精密進入のための追加的な全地球航法衛星システム（GNSS）へのアクセスが可能になり、単一のILSシステム（ILS-LLZ、GP、および関連モニター）に比べて空港インフラの必要性が軽減されると約束されていたものの、将来的には有望視されていました。しかし、あらゆる運用気象条件下でILSと同一のサービスを24時間365日安全に継続して提供すること、そして飛行のあらゆる段階における航空機の方向指示は、追加の補助VHFデータリンクなしには不可能であることが判明しました。その理由の一つは、衛星ベースの信号が弱いことです。これは、はるかに強力なILS信号やMLS信号とは異なり、非常に微弱なRFI信号、意図的な妨害信号、またはスプーフィング信号に対しても非常に敏感です。

DGPSシステムは、さらに開発および修正された後、ICAOによりGBAS地上ベース補強システムとして標準化され、米国ではローカルエリア補強システム（LAAS）として知られています。今日、GBASはCAT-IIIまでが可能な精密着陸用の3番目のICAO標準システムです。マルチコンステレーションをサポートする標準の作業は、現在利用可能なGalileo、GLONASS、およびBeiDou GNSSシステムのサポートを追加することを意味しますが、現在進行中です。MLS航空機と同様に、GBASにはGBASデータリンク用の受信機と水平偏波VHFアンテナが必要です。IFR認定の民間航空機にはすでにILSおよびVOR受信用の水平偏波VHFアンテナがすべて装備されていますが、一部の軍用航空機はVHF音声通信用に垂直偏波VHFアンテナのみを備えています（例：USNY）。ICAOは追加の垂直偏波の使用も標準化しましたが、これまでのところ、垂直偏波GBASインストールは利用可能として公開されていません。

現在までMLSと同様、世界中で使用されているILS設備と比較すると、GBASシステムの配備数は限られており、現在も使用されています。当初は、無線見通し内（RLOS）内の1つまたは複数の空港にサービスを提供するには、原則として単一の全方向補強信号で十分であると考えられていましたが、提供されたすべての進入経路内で十分なカバレッジを提供しましたが、大きな建物や格納庫があり、航空機のアンテナパターンが変化する複雑な空港レイアウトでは困難でした。今日、ヨーロッパではほとんどの場合、フランクフルト・アム・マインのように1本または平行滑走路のみにサービスを提供していますが、すべての滑走路にサービスを提供しているわけではありません。2015年までに、ILSのようなLPV進入をサポートする米国の空港の数はILS設備の数を超え、[ 7 ]その結果、ほとんどの空港でILSが最終的に撤去される可能性があります。

したがって、ILS は、IFR を装備したすべての民間航空機でサポートされている唯一の精密進入システムのままです。

動作原理

ILS機

計器着陸装置は、地上ベースの計器進入システムとして動作し、滑走路に進入して着陸する航空機に精密な横方向および垂直方向の誘導を提供します。無線信号と、多くの場合は高輝度照明アレイの組み合わせを使用して、低い天井や霧、雨、吹雪による視界の悪化 などの計器気象条件(IMC)でも安全に着陸できるようにします。

ビームシステム

従来の盲目着陸用無線補助装置は、典型的には様々な種類のビームシステムで構成されていました。これらは通常、モールス信号の点と線を発する電動スイッチに接続された無線送信機で構成されていました。スイッチは、2つの指向性アンテナのどちらに信号を送信するかを制御しました。空中に送信される信号は、滑走路の片側に点、反対側に線で構成されていました。ビームは中央で重なり合うように十分に広くなっていました。[ 8 ]

このシステムを使用するには、航空機は従来の無線受信機のみを必要としました。空港に接近すると、航空機は信号を受信して​​ヘッドフォンで聞きます。滑走路の脇にいる場合、または正しく位置合わせされている場合は、短点と長点（モールス信号の「A」または「N」）が聞こえ、滑走路の脇にいる場合は、この2つの信号が混ざり合って安定した音、すなわち等信号が生成されます。この測定の精度は、騒音のある航空機内で、しばしば管制塔と交信しながらイヤホンで信号を聴くオペレーターのスキルに大きく依存していました。[ 8 ]

このシステムの精度は通常、方位角で3度程度でした。これは航空機を滑走路の方向に誘導するのには役立ちましたが、悪天候下で航空機を安全に視程圏内に誘導するには十分な精度ではありませんでした。無線コースビームは横方向の誘導にのみ使用され、このシステムだけでは豪雨や霧の中での着陸には不十分でした。それでも、着陸の最終決定は空港からわずか300メートル（980フィート）の地点で行われました。[ 8 ]

ILSコンセプト

第二次世界大戦開戦直前に開発されたILSは、より高い精度を実現するために、より複雑な信号システムとアンテナアレイを採用しました。これにより地上局と送信機は大幅に複雑になりますが、航空機内でシンプルな電子機器を用いて信号を正確にデコードし、アナログ計器に直接表示できるという利点があります。[ 8 ]計器はパイロットの前方に設置できるため、無線通信士が信号を常時監視し、インターコムを介してパイロットに結果を伝える必要がなくなります。

その動作の鍵となるのは、振幅変調指数（AMI）と呼ばれる概念です。これは、搬送周波数に振幅変調がどの程度強く適用されるかを示す指標です。初期のビームシステムでは、信号は完全にオンとオフに切り替わり、変調指数は100%でした。ビーム内の角度の決定は、2つの信号の可聴強度の比較に基づいています。

ILSでは、より複雑な信号とアンテナのシステムによって、ビームパターンの全幅にわたって2つの信号の変調を変化させます。このシステムは、2つの異なる信号を混合したときに生成される二次周波数であるサイドバンドを利用しています。例えば、10MHzの無線周波数信号を2500Hzの可聴音と混合すると、元の信号の周波数である2500Hzと10000000Hz、そしてサイドバンドとして9997500Hzと10002500Hzの4つの信号が生成されます。元の2500Hz信号の周波数はアンテナから遠くまで到達するには低すぎますが、他の3つの信号はすべて無線周波数であるため、効率的に伝送できます。[ 9 ]

ILSは、搬送波に90Hzと150Hzの2つの変調信号を混合することから始まります。これにより、搬送波と4つの側波帯、合計5つの無線周波数を持つ信号が生成されます。この合成信号は「搬送波と側波帯」の略称CSBと呼ばれ、アンテナアレイから均等に送信されます。CSBはまた、元の搬送波を抑制し、4つの側波帯信号のみを残す回路にも送られます。この信号は「側波帯のみ」の略称SBOと呼ばれ、アンテナアレイにも送られます。[ 9 ]

横方向誘導用のアンテナはローカライザーと呼ばれ、通常滑走路の遠端の中央に配置され、滑走路の幅と同じ大きさのアレイ状の複数のアンテナで構成されています。各アンテナにはSBO信号にのみ適用される特定の位相シフトと電力レベルがあり、その結果得られる信号は滑走路の左側で90度遅れ、右側で90度進みます。さらに、150 Hz信号はパターンの片側で反転され、別の180度シフトします。信号が空間で混合する方法により、SBO信号は中心線に沿って互いに弱め合うように干渉し合い、ほぼ消去し合うため、CSB信号が優勢になります。中心線の両側の他の場所では、SBO信号とCSB信号は異なる方法で結合され、1つの変調信号が優勢になります。[ 9 ]

アレイの前方に設置された受信機は、これらの信号が混合された受信信号を受信する。簡単な電子フィルタを用いることで、元の搬送波と2つの側波帯を分離・復調し、元の振幅変調された90Hzおよび150Hzの信号を抽出することができる。これらの信号は平均化され、2つの直流（DC）信号が生成される。これらの信号は、元の信号の強度ではなく、ビームパターン全体にわたって変化する搬送波に対する変調の強度を表す。この方法の大きな利点は、角度の測定が距離に依存しないことである。[ 9 ]

次に、2 つの DC 信号が従来の電圧計に送られ、90 Hz 出力の針は右に、もう 1 つの針は左に動きます。中心線に沿って、サイドバンドの 2 つの変調トーンが打ち消され、両方の電圧がゼロになり、針はディスプレイの中央に残ります。航空機が大きく左にある場合、90 Hz 信号が強い DC 電圧を生成し (優勢になる)、150 Hz 信号が最小化され、針は右端に動きます。つまり、電圧計は、航空機を滑走路の中心線に戻すために必要な旋回の方向と大きさの両方を直接表示します。[ 9 ]測定では、単一信号の異なる部分を完全に電子的に比較するため、1 度未満の角度分解能が得られ、精密な進入を構築できます。[ 9 ]

符号化方式は複雑で、相当量の地上設備を必要とするものの、得られる信号は従来のビームベースのシステムよりもはるかに正確で、一般的な干渉に対する耐性もはるかに高い。例えば、信号中の雑音は両方のサブ信号に等しく影響するため、測定結果には影響しない。同様に、航空機が滑走路に接近する際の全体的な信号強度の変化やフェーディングによる変化も、通常は両方のチャネルに等しく影響するため、測定結果にはほとんど影響しない。このシステムは複数の周波数を使用するため、マルチパス歪みの影響を受けるが、これらの影響は地形に依存するため、通常は場所が固定されており、アンテナや位相シフターの調整によって対処できる。[ 9 ]

ローカライザーのカバレッジの通常の制限。

さらに、角度情報を含むのはビーム内の信号の符号化であり、ビームの強度ではないため、信号を空間的に厳密に焦点を合わせる必要はありません。旧式のビームシステムでは、等信号エリアの精度は2つの方向信号のパターンに依存しており、そのため、信号は比較的狭くする必要がありました。ILSパターンははるかに広くすることができます。ILS設備は通常、滑走路中心線から25海里（46km、29マイル）では両側10度以内、17海里（31km、20マイル）では両側35度以内で使用可能である必要があります。これにより、多様な進入経路が可能になります。[ 10 ]

グライドスロープはローカライザーと基本的に同じ仕組みで、同じ符号化方式を使用するが、通常は滑走路端ではなく滑走路脇のアンテナから、水平から3度上向きの角度で中心線を生成するように送信される[ a ]。信号の唯一の違いは、ローカライザーは108.10 MHzから111.95 MHzまでの40の選択されたチャネルを使用する低い搬送周波数を使用して送信されるのに対し、グライドスロープは328.6 MHzから335.4 MHzまでの対応する40のチャネルセットを持つという点である。周波数が高いほど、グライドスロープを放射するアンテナは一般的に小さくなる。チャネルのペアは直線的ではない。ローカライザーのチャネル1は108.10で、334.70のグライドスロープとペアになっているが、チャネル2は108.15と334.55である。両バンドにはギャップとジャンプがある。[ 10 ] [ 11 ]

ILSローカライザーとグライドスロープの放出に関する誤解を招く例を示す一般的なイラスト

ILSコンセプトの多くの図解では、システムがビームシステムに近い動作をしており、片側に90Hz信号、もう片側に150Hz信号を配置している様子が描かれています。しかし、これらの図解は正確ではありません。両方の信号がビームパターン全体に放射されており、接近する航空機の位置に応じて変化するのは、 変調度（DDM）の相対的な差です。

ILSの使用

計器進入手順チャート（または「進入プレート」）は、計器飛行方式（IFR）運航中にILS進入を行うために必要な情報を提供するために、各ILS進入ごとに発行されます。チャートには、ILSコンポーネントまたは航法援助装置で使用される無線周波数と、規定の最低視程要件が記載されています。

滑走路に進入する航空機は、機体に搭載されたILS受信機によって変調度の比較を行い、誘導されます。多くの航空機は、自動操縦装置に信号を送り、自動的に進入を行うことができます。ILSは2つの独立したサブシステムで構成されています。ローカライザーは横方向の誘導を行い、グライドスロープは垂直方向の誘導を行います。

ローカライザー

ドイツのハノーバー空港の滑走路27Rのローカライザーステーション

ローカライザー（LOC、ICAO標準化まではLLZ [ 12 ]）は、通常、滑走路の出発端を越えて設置されるアンテナアレイで、一般的には数対の指向性アンテナで構成されています。

ローカライザーは航空機を旋回させ、滑走路に着陸させます。その後、パイロットは進入フェーズ（APP）を起動します。

グライドスロープ（G/S）

ドイツのハノーバー空港の滑走路09Rのグライドスロープステーション
この表示を見ると、パイロットは左に少し上方向に修正する必要があります。

パイロットは、グライドスロープインジケーターが画面の中央に表示されるように航空機を制御し、航空機が水平面（地上レベル）から約 3° 上のグライドパスをたどり、障害物上に留まり、適切な着陸地点で滑走路に到達できるようにします（つまり、垂直方向のガイダンスを提供します）。

制限事項

ILSローカライザーシステムとグライドスロープシステムは複雑であるため、いくつかの制限があります。ローカライザーシステムは、信号送信エリア内の大きな建物や格納庫などの障害物の影響を受けます。また、グライドスロープシステムは、グライドスロープアンテナ前面の地形によっても制限されます。地形が傾斜していたり​​、凹凸があったりすると、反射によって滑走路が不均一になり、不要な針の偏向が生じる可能性があります。さらに、ILS信号はアレイの配置によって一方向に向けられるため、グライドスロープは降下角が一定である直線進入のみをサポートします。ILSの設置には、設置基準とアンテナシステムの複雑さから、コストがかかる場合があります。

ILS重要エリアとILS敏感エリアは、放射信号に影響を与える危険な反射を避けるために設定されています。これらの重要エリアの位置によっては、航空機が特定の誘導路を使用できなくなる可能性があり[ 13 ]、離陸の遅延、待機時間の増加、航空機間の間隔の拡大につながります。

変異体

識別

前述の航法信号に加えて、ローカライザーは1,020Hzのモールス信号識別信号を定期的に送信することでILS施設の識別を行います。この信号は常にモールス信号の文字「I」（ILSを表す2つの点）で始まります。例えば、ジョン・F・ケネディ国際空港の滑走路4RのILSは、自身を識別するためにIJFKを送信し、滑走路4LはIHIQとして知られています。これにより、ユーザーは施設が正常に稼働しており、正しいILSにチューニングされていることがわかります。グライドスロープ局は識別信号を送信しないため、ILS機器はローカライザーからの識別に依存しています。

監視

ILSが安全な誘導を提供できなくなるような故障は、パイロットが直ちに検知することが不可欠です。これを実現するために、モニターは送信の重要な特性を継続的に評価します。厳格な制限を超える重大な逸脱が検出された場合、ILSは自動的に停止されるか、航法・識別装置が機体から取り外されます。[ 16 ]いずれの場合も、ILS搭載航空機の計器に「故障フラグ」と呼ばれる表示が点灯します。

ローカライザーバックコース

現代のローカライザーアンテナは指向性が非常に高いです。しかし、指向性の低い旧式のアンテナを使用すると、滑走路にローカライザーバックコースと呼ばれる非精密進入が可能になります。これにより、航空機はローカライザーアレイの後方から送信される信号を使用して着陸できます。指向性の高いアンテナは、バックコースをサポートするのに十分な信号を提供しません。米国では、バックコース進入は通常、主要滑走路の両端にILSが設置されていない小規模空港のカテゴリーIシステムに関連付けられています。バックコースを飛行するパイロットは、グライドスロープの表示を無視する必要があります。

マーカービーコン

一部の旧式設備では、搬送周波数75 MHzで動作するマーカー ビーコンが提供されています。マーカー ビーコンからの送信を受信すると、パイロットの計器盤上の表示器がアクティブになり、ビーコンの識別コードと音がパイロットに聞こえます。この表示を受信する滑走路からの距離は、そのアプローチの文書に、航空機が ILS 上に正しく確立されている場合の高度とともに公開されています。これにより、グライド スロープが正しく機能していることを確認できます。最新の ILS 設備では、マーカー ビーコンの代わりにDMEが使用されます。タッチダウン ポイント付近の ILS グライドパス送信機と共に設置された DME は、滑走路までの航空機の距離を表示します。

DME代替

距離測定装置（DME）は、パイロットに滑走路までの距離の斜距離測定を提供します。多くの施設では、DMEがマーカーを補完または置き換えています。DMEは、パイロットにILSグライドスロープの正しい進行状況をより正確かつ継続的に監視し、空港境界外の設置を必要としません。デュアルランウェイアプローチILSと組み合わせて使用​​​​する場合、DMEは、相互の滑走路端の中間に配置され、内部遅延が変更されるため、1つのユニットでいずれかの滑走路端までの距離情報を提供できます。マーカービーコンの代わりにDMEが指定されているアプローチでは、計器進入手順にDMEが必要であると記載されており、航空機には少なくとも1つの動作中のDMEユニット、またはGNSSを使用したIFR承認システム（TSO-C129 / -C145 / -C146を満たすRNAVシステム）が搭載されていなければなりません[ 17 ]。

コンパスロケーター

コンパスロケータは低出力（25W未満）の無指向性ビーコンであり、自動方向探知受信機によって受信・表示されます。受信範囲は15マイル（約24km）以上で、周波数は190～535kHzです。ILSフロントコースと併用する場合、コンパスロケータはアウターマーカーまたはミドルマーカー（あるいはその両方）と共存し、アウターマーカーの代替として使用できます。その場合、コンパスロケータは400Wで送信します。アウターマーカーの識別コードは、対応するローカライザーの3文字識別子の最初の2文字で構成されます。[ 18 ] [ 19 ]

アプローチ照明

大館能代空港進入灯システム。

一部の施設には、中強度または高強度の進入灯システム(略してALS ) が含まれます。これらは、ほとんどの場合、大規模な空港にありますが、米国の多くの小規模な一般航空空港にも、ILS 施設をサポートし、低視程最低要件を満たすために進入灯があります。ALS は、パイロットが計器飛行から有視界飛行に移行し、航空機を滑走路中心線に視覚的に合わせる際にパイロットを補助します。ALS は滑走路端環境とみなされるため、パイロットが決定高度で進入灯システムを観察すると、滑走路または滑走路灯が見えなくても、パイロットは滑走路に向かって降下を続けることができます。米国では、必要な障害物クリアランス面に障害物がない場合、進入灯のない ILS では、CAT I ILS 最低視程が3 ⁄ 4マイル (1.2 km) (滑走路視距離 4,000 フィート (1,200 m)) まで低くなることがあります。

アウレル・ヴライク国際空港の進入照明システム。

CAT I ILS進入で1,400～3,000フィート（430～910メートル）のALSがサポートされていれば、最低1 ⁄ 2マイル（0.80キロメートル）の視程（滑走路視程2,400フィート（730メートル））が可能であり、滑走路に高輝度エッジライト、タッチダウンゾーンライト、センターラインライトがあり、少なくとも2,400フィート（730メートル）の長さのALSがあれば、 3 ⁄ 8マイル（600メートル）の視程1,800フィート（550メートル）の視程が可能である（FAA命令8260.3Cの表3-3-1「最小視程値」を参照）。[ 20 ]実際には、ALSは着陸機に向かって滑走路環境を拡張し、低視程での運航を可能にする。 CAT IIおよびIIIのILS進入には通常、複雑な高輝度進入灯システムが必要ですが、中輝度システムはCAT IのILS進入と組み合わせるのが一般的です。管制塔のない空港では、パイロットが照明システムを操作します。例えば、パイロットはマイクを7回押すと高輝度、5回押すと中輝度、3回押すと低輝度で点灯させることができます。

決定高度と高さ

進入を開始すると、パイロットはローカライザーによって示されたILS進入経路に従い、グライドパスに沿って決定高度まで降下します。これは、パイロットが着陸地点への降下を続行するかどうかを判断するために、着陸環境（進入灯や滑走路灯など）を適切に視覚的に確認できる高度です。視覚的に確認できない場合、パイロットは進入復行手順を実行し、同じ進入を再度試みるか、別の進入を試すか、別の空港に迂回する必要があります。通常、パイロットが進入を続行するか否かの判断は、滑走路が視認可能かどうか、または滑走路が安全かどうかによって決まります。

ILSカテゴリー

精密計器進入と着陸カテゴリー（ICAO/FAA）[ 21 ]
カテゴリ 決定の高さ滑走路視距離（RVR）
私[ 22 ]>  200 フィート（60 メートル）[ b ]> 550  m (1,800  ft) [ c ]または視程 > 800  m (2,600  ft) [ d ]
II 100～200 フィート（30～60 メートル） >  1,000 フィート (300  m) [ e ]または >  1,200 フィート (350  m)
III A <  100 フィート (30 メートル) >  700 フィート（200 メートル）
III B <  50 フィート (15 メートル) 150～700 フィート（50～200 メートル）
III C [ f ]制限なし なし
  1. ^傾斜は空港によって選択され、ロンドン シティ空港は5.5 度という異常に高いグライドスロープ角度を持っています。
  2. ^ 150フィート（46メートル）はFAAによって許可されており、RVR> 1,400フィート（430メートル）、CAT IIの航空機と乗組員、CAT II/III HUD、CAT II/III進入復行の場合。 [ 23 ]
  3. ^適切に装備された滑走路（HIAL、TDZL、CL）および/またはDAへのFDまたはAPまたはHUDの使用。 [ 24 ]シングルクルーのRVRは2,600フィート（790メートル）
  4. ^タッチダウンゾーンなし、センターライン照明なし
  5. ^定期航空便の運航が認可されている空港で、地上高度が1,200フィート未満の場合は、追加の照明システムを設置する必要があります。 [ 24 ]
  6. ^航空機を滑走路から牽引する必要があるため使用されない。 [ 22 ]
計器進入運航区分（EASA）[ 25 ]
カテゴリ 決定の高さ滑走路視距離（RVR）
タイプA ≥  250 フィート（75 メートル） 指定されていない
タイプB – CAT I 200～250フィート（60～75メートル） ≥  1,800 フィート (550 メートル) または視程 ≥  2,400 フィート (800 メートル)
タイプB – CAT II 100～200 フィート（30～60 メートル） ≥  1,000 フィート（300 メートル）
タイプB – CAT III <  100 フィート (30 メートル)

小型航空機は通常、CAT I ILSのみを装備しています。大型航空機では、これらの進入は通常、飛行管制システムによって制御され、運航乗務員が監視を行います。CAT Iでは高度計の表示のみに基づいて判断高度を決定しますが、CAT IIおよびCAT IIIでは電波高度計（RA）を使用して判断高度を決定します。[ 26 ]

ILSは、内部で障害状態を検知すると停止しなければなりません。カテゴリーが上がるほど応答時間が短くなるため、ILS機器はより迅速に停止する必要があります。例えば、CAT Iローカライザーは障害を検知してから10秒以内に停止する必要がありますが、CAT IIIローカライザーは2秒以内に停止する必要があります。[ 16 ]

CAT IIおよびCAT IIIの特別操作

滑走路のILSカテゴリーをCAT II/IIIとして示す誘導路標識

他の運航とは異なり、CAT III の気象最低気温では、手動着陸を行うのに十分な視覚基準が得られない。CAT IIIb の最低気温では、パイロットが航空機をタッチダウン ゾーンに着陸させるかどうか (基本的に CAT IIIa) を決定し、ロールアウト中に安全を確保する (基本的に CAT IIIb) のに十分な時間しか与えられないため、ロールアウト制御と自動操縦装置の冗長性に依存する。したがって、カテゴリー III の運航には自動着陸システムが必須である。その信頼性は、CAT IIIa 運航では航空機をタッチダウンに制御し、CAT IIIb (および認可された場合は CAT IIIc) ではロールアウトを通じて安全な地上走行速度まで航空機を制御できるほど十分でなければならない。 [ 27 ]ただし、一部の運航者には、ヘッドアップ ディスプレイ(HUD) ガイダンスを使用して手動操縦による CAT III 進入について特別に承認が与えられている。HUD ガイダンスは、パイロットが無限遠に焦点を合わせたフロントガラスを通して見た画像で、外部の実際の視覚基準がなくても飛行機を着陸させるために必要な電子ガイダンスを提供する。

米国では、CAT III 進入が可能な空港では、計器進入表示板 (米国ターミナル手順) に CAT IIIa と IIIb、または CAT III のみが記載されています。CAT IIIb の RVR 最小値は、滑走路/誘導路の照明とサポート施設によって制限され、空港地上移動誘導管制システム(SMGCS) 計画と一致しています。600 フィート RVR 未満の運航には、誘導路中心線灯と誘導路赤色停止線灯が必要です。滑走路端の CAT IIIb RVR 最小値が 600 フィート (180 メートル) である場合 (これは米国では一般的な数値です)、RVR が 600 フィート (180 メートル) 未満のその滑走路端への ILS 進入は CAT IIIc として認められ、着陸を許可するための特別なタクシー手順、照明、および承認条件が必要になります。FAA 命令 8400.13D は、CAT III を 300 フィート RVR 以下に制限しています。命令 8400.13D (2009) により、 ALSF-2 進入灯および/または着陸帯/中心線灯のない滑走路へのCAT II進入の特別許可が許可され、これにより CAT II 滑走路の可能性のある数が増えました。

いずれの場合も、適切な装備を備えた航空機と適切な資格を持つ乗務員が必要です。例えば、CAT IIIbではフェイルオペレーショナルシステムと、資格を有し最新の技術を有する乗務員が必要ですが、CAT Iでは必要ありません。自動システムではなく、パイロットが操縦を行えるHUDはフェイルオペレーショナルシステムとみなされます。HUDは、ILSセンサーからの誘導指示に基づいて操縦する乗務員を補助するため、安全な着陸が危ぶまれる場合でも、乗務員は適切かつタイムリーな対応を取ることができます。HUDはフィーダー航空会社の間で人気が高まっており、リージョナルジェット機のメーカーのほとんどが、HUDを標準装備またはオプション装備として提供しています。HUDは、低視程下でも離陸を可能にします。

CAT IIIa 着陸（自動着陸）のコックピットビュー

一部の民間航空機には自動着陸システムが搭載されており、通常の着陸のために計器着陸から有視界着陸に移行することなく着陸できる。このような自動着陸操作には特殊な装備、手順、訓練が必要であり、航空機、空港、乗務員が関与する。自動着陸は、シャルル・ド・ゴール空港などの一部の主要空港が年間を通して毎日運航を維持する唯一の方法である。一部の最新航空機には赤外線センサーに基づく拡張飛行視覚システムが搭載されており、昼間の視程環境を提供することで、通常は着陸に適さない条件や空港での運航を可能にしている。民間航空機はまた、離陸最低条件が満たされない場合に、離陸時にこのような装置を頻繁に使用する。[ 28 ]

自動着陸システムおよびHUD着陸システムの両方において、装置の設計および個々の設置には特別な承認が必要です。設計は、航空機を地表近くで運航する際の追加の安全要件と、システム異常に対する運航乗務員の対応能力を考慮して行われます。また、この装置は、視界不良時の運航に対応できる能力を確保するために、追加の保守要件も満たしています。

パイロットの訓練と資格取得作業のほぼすべては、さまざまな忠実度のシミュレーターで行われます。

使用

管制空港では、航空交通管制は指定された方位を用いて航空機をローカライザーコースへ誘導します。これにより、航空機同士が接近しすぎないように（間隔を維持）するとともに、遅延を可能な限り回避します。複数の航空機が同時にILS上に数マイル離れた位置に存在する場合があります。進入方位に旋回し、ローカライザーコースから2.5度以内（コース偏差表示器で表示される偏差の半分以下）にある航空機は、進入路を確立したとみなされます。通常、航空機は最終進入フィックス（指定された高度でのグライドスロープインターセプト）の少なくとも2海里（3.7km）前に進入路を確立します。

航空機の最適経路からの逸脱は、表示ダイヤルによって飛行乗務員に示されます(これは、ILS 受信機から送信された電圧を介してアナログ メーターの動きがコース ラインからの逸脱を示していたときの持ち越しです)。

ILS受信機からの出力は、ディスプレイシステム（ヘッドダウンディスプレイおよびヘッドアップディスプレイ（搭載されている場合））に送られ、場合によってはフライトコントロールコンピュータにも送られます。航空機の着陸手順は、自動操縦装置またはフライトコントロールコンピュータが直接航空機を操縦し、飛行乗務員が操作を監視する連動型と、ローカライザーとグライドスロープ指示器を中央に保つために飛行乗務員が手動で航空機を操縦する非連動型のいずれかになります。

歴史

ドイツ空軍 AFN 2 インジケーター、1943 年製造

ILSのテストは1929年に米国で始まり、ジミー・ドーリットルはコックピットの外を見ることなく計器のみを使用して飛行機の離陸、飛行、着陸を行った最初のパイロットとなった。 [ 29 ] [ 30 ] ドーリットルは、スペリーの人工水平儀とジャイロスコープ、ポール・コルスマンの高度計、および国立標準局のローカライザーとの関係を視覚化するための同調リード計を備えたコンソリデーテッドNY2を操縦した。[ 31 ] [ 32 ]

1928年、NSBのハリー・ダイアモンドは、低周波の無線範囲をローカライザー指向性ビームとして修正し、進入経路に沿った2つの高周波ビーコンを追加することを提案し、一方フランシス・ダンモアは、安全なグライドスロープとして、地面から上向きに角度をつけた着陸ビームを提案した。ローカライザー、マーカービーコン、グライドスロープの組み合わせにより、空港への3次元経路が提供された。1934年、ユナイテッド航空はベンディックス・アビエーションと協力し、このNSBシステムをUHFローカライザーで修正し、進入援助システムを製造した。これはブラインド着陸には適していなかったが、パイロットが有視界着陸できる高度200フィート以内への計器低進入用のシステムとなった。このシステム自体は日本、ソ連でも模倣され、1932年にはエルンスト・クラマーがローレンツ、テレフンケン、ドイツ航空調査会社との共同プロジェクトでこのアイデアを発展させた。[ 31 ] : 59–78

1931年から1933年にかけて、アルバート・フランシス・ヘゲンバーガーはアメリカ陸軍のA-1と呼ばれるシステムを開発した。第一次世界大戦の無線方向探知機、無線コンパスはジェフリー・クルーシによって自動方向探知機として航空機に配備された。A-1システムはコンパスロケーターと呼ばれる2つの全方向性無線送信機を使用していた。1つは空港の隣に、もう1つは1.5マイル離れた場所に設置されていた。第二次世界大戦後、コンパスロケーターは進入支援としてNSBマーカービーコンに追加された。1933年、アメリカ海軍情報部はNSBシステムをYBシステムに複製した。空母着陸には不向きだったが、海軍はそれを水上機に使用した。1938年、エアトラック社が製造したYBシステムの商用版が、初の旅客機のブラインドランディングに使用された。[ 31 ]

1932年、ベルリン・テンペルホーフ中央空港（ドイツ）に、完全に機能する基本システムが導入されました。このシステムは、発明者であるC. Lorenz AG社にちなんでLFF（ローレンツビーム）と名付けられました。米国民間航空委員会（CAB）は1941年にこのシステムの6か所への設置を承認しました。米国の定期旅客機がILSを使用して初めて着陸したのは1938年1月26日で、ペンシルバニア・セントラル航空のボーイング247DがワシントンD.C.からペンシルベニア州ピッツバーグへ飛行し、吹雪の中、計器着陸装置のみを使用して着陸しました。[ 33 ]

しかし、NSB システムとその派生システムには、直線のグライド パスがないなど、いくつかの制限がありました。当時の曲線グライド パスでは、空港境界に進入する半マイル手前で高度 50 フィートを飛行する必要がありました。進入を簡素化し、障害物を確実にクリアするためには、直線のグライド パスが必要でした。陸軍は 10 マイルの直線グライド パスを求めていました。また、当時のシステムでは地表を反射板として使用していたため、地表状況が変化するとグライド パスが不安定になり、歪んでいました。1938 年、航空商務局はNSB システムの改善をITTと契約しました。1939 年、改善されたシステムはインディアナポリスで実証されましたが、まだ 2～3 マイルの曲線グライド スロープがありました。1940 年、ルーズベルト大統領は米国科学アカデミーの勧告を承認し、民間航空局がITT インディアナポリス システム 10 基を設置する一方で、陸軍は MIT とマイクロ波システムの開発プロジェクトを進めました。 1941年に第二次世界大戦が始まると、陸軍は全米にCAAローカライザーとマーカービーコンシステムを配備し始め、AAFとCAAは各空港に標準進入手順を採用しました。[ 31 ]：83–89、104、109

1942年、陸軍航空隊（AAF）はCAAインディアナポリス施設を接収し、ITTの国際電話無線製造会社の協力を得て陸軍バージョンの開発を開始した。110MHzローカライザーと93.7MHzグライドパスは両方とも330MHz電子機器に置き換えられ、これにより環境の影響が低減し、グライドパスは直線化され、システムは標準の真空管セットを使用して持ち運び可能になった。1942年、AAFはこのSCS-51システムのテストを開始した。1943年、このシステムは陸軍と海軍の両方で標準となり、北大西洋の航空フェリールートに沿って配備された。1944年、SCS-51はヨーロッパ戦域で第8空軍、第9空軍、およびイギリス空軍に採用された。[ 31 ]：104～113 。

1946年、暫定国際民間航空機関（ICAO）はVORとDMEの航空路モデルを採用しました。各国は戦時中に航空輸送司令部によって設置された施設を引き継ぎ、拡張しました。SCS-51も国際標準として採用されました。このシステムはすぐに使用可能で、製造が容易かつ安価であり、特許や軍事機密の必要もなかったためです。[ 31 ] : 119–122

ILS を使用した民間航空機による最初の完全自動着陸は、 1964 年 3 月に英国の ベッドフォード空港で行われました。

市場

計器着陸システム市場の収益は2019年に12億1,500万米ドルで、COVID-19パンデミックの悪影響にもかかわらず、2020年から2025年の間に5.41％のCAGRで成長し、2025年には16億6,700万米ドルに達すると予想されています。[ 34 ]

サプライヤー

計器着陸装置のトップ10メーカーは次のとおりです。

代替案

  • マイクロ波着陸システム（MLS）は曲線進入を可能にした。1970年代にILSの代替として導入されたが[ 35 ]、衛星ベースのシステムの導入により人気が落ちた。1980年代には、米国とヨーロッパでMLS確立に向けた大きな取り組みがあった。しかし、航空会社の投資意欲の低さと全地球航法衛星システム（GNSS）の台頭が重なり、民間航空では採用されなかった。当時、ILSとMLSはカテゴリーIII自動着陸の要件を満たす民間航空の標準化された唯一のシステムだった[ 36 ] 。民間航空向けの最初のカテゴリーIII MLSは2009年3月にヒースロー空港で運用開始され、2017年に運用を停止した[ 37 ]。
  • トランスポンダー着陸システム(TLS) は、従来の ILS が機能しない、またはコスト効率が悪い場合に使用できます。
  • 垂直誘導によるローカライザーの性能（LPV）は広域航行補助システム（WAAS）に基づいており、適切な装備を備えた航空機の場合、LPVの最小航行距離はILSと同等です。2008年11月現在、FAAはカテゴリーIのILS手順よりも多くのLPV進入手順を公開しています。
  • 地上型補強システム（GBAS）（米国ではローカルエリア補強システム）は、GNSS標準測位サービス（SPS）を補強し、サービスのレベルを向上させるセーフティクリティカルなシステムです。VHFカバレッジボリューム内での進入、着陸、出発、および地上操作のすべてのフェーズをサポートします。GBASは、CATI/IIおよびIII空港の近代化と全天候型操作能力、ターミナルエリアナビゲーション、進入復行誘導、および地上操作において重要な役割を果たすことが期待されています。ILSでは滑走路端ごとに別々の周波数が必要ですが、GBASは単一周波数（VHF送信）で空港全体にサービスを提供する機能を提供します。GBAS CAT-Iは、CAT-II/III精密進入および着陸のより厳格な運用に必要なステップと見なされています。GBAS実装の技術的リスクにより、この技術の広範な受け入れが遅れました。 FAA は業界と連携し、衛星信号の変形、電離層の差分誤差、天体暦の誤差、マルチパスの影響を軽減する、安全性が証明されたプロトタイプ GBAS ステーションを配備しました。

未来

全地球測位システム（GPS）の登場により、航空機の進入誘導に代替手段が提供されるようになりました。米国では、2007年以降、多くの地域で広域航法補強システム（WAAS）がカテゴリーI基準の精密誘導を提供しています。同等のシステムである欧州静止航法オーバーレイサービス（EGNOS）は、2011年3月に人命安全用途での使用が認定されました。[ 38 ]そのため、カテゴリーIのILS設置数は減少する可能性がありますが、米国ではカテゴリーIIまたはカテゴリーIIIのシステムを段階的に廃止する計画はありません。[ 39 ]

ローカルエリア航法補強システム（LAAS）は、カテゴリーIII以下の最低要件を満たすよう開発が進められています。FAA地上型航法補強システム（GBAS）事務局は現在、テネシー州メンフィス、オーストラリアのシドニー、ドイツのブレーメン、スペイン、ニュージャージー州ニューアークにおける最初のGBAS地上局の認証取得に向けて、業界と連携しています。4か国全てにGBAS地上局が設置されており、技術評価および運用評価活動に取り組んでいます。

ハネウェルとFAAチームは、ニューアーク・リバティー国際空港でLAASカテゴリーIのシステム設計承認を世界初となる非連邦米国承認として取得し、2009年9月に運用を開始、2012年9月28日に運用承認を取得しました。[ 40 ]

ノルウェーでは、SCAT-Iと呼ばれるD-GPSベースの着陸システムが、いくつかの短い滑走路の空港で運用されています。

参照

注記

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参考文献

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