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航空において、計器着陸システム（ILS ）は、航空機が夜間や悪天候時に滑走路に接近できるように、短距離の誘導を提供する精密無線航法システムです。当初のシステムでは、操縦席に取り付けられた計器（水平方向と垂直方向の誘導指示（針）を表示）を通して、パイロットは航空機が地上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）以内まで接近することができます。この時点で滑走路はパイロットから見えるはずです。見えない場合は、着陸復行を行います。航空機を滑走路にこれほど近づけることで、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「カテゴリー」では、通常の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）、送信機と監視構成がさらに縮小されています。
ILSは、水平方向の誘導を行うローカライザー（周波数108～112MHz ）と、垂直方向の誘導を行うグライドスロープ（周波数329.15～335MHz ）という2つの指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、航空機の計器、多くの場合姿勢指示器の追加ポインターに表示されます。パイロットは、決定高度まで滑走路に接近する間、指示器が中央に留ま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、進入の進行に合わせて距離情報を提供します。これには、決定高度（CAT 1）の位置の近くに設置される中間マーカー（MM）も含まれます。マーカーは大部分が段階的に廃止され、距離測定装置（DME）に置き換えられつつあります。
計器着陸から視覚着陸への移行を補助するために、滑走路の照明は、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 ]
1920年代から1940年代にかけて、無線ベースの着陸システムが数多く開発されました。中でも特筆すべきは、C. Lorenz AGが開発した悪天候着陸用のブラインド着陸無線航法システムであるローレンツビームです。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ました。[ 2 ]ローレンツシステムは当初、他のシステムと同様に水平方向の誘導のみを提供していましたが、今日のILSのような垂直方向の誘導に関する追加の特許が取得されました。[ 3 ] [ 4 ]
米国で開発された SCS-51 は、トラックとトレーラーに搭載された移動式 ILS システムで、垂直方向と水平方向の誘導精度が向上しました。今日の常設 ILS コンポーネントとは異なり、当時ほとんどの空軍基地にはまだ舗装された滑走路がなかったため、アンテナアレイをその地域で希望する APP 方向に合わせることができました。第二次世界大戦中、英国の空軍基地に多数設置されました。1947 年に国際民間航空機関(ICAO)が設立された後、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 Annex 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 進入まで提供できるようになりました[ 5 ] 。
精密進入レーダー（PAR）レーダーを用いた地上管制進入（GCA）は、VHFまたはUHF音声通信リンクを介して、パイロットに必要な水平および垂直方向の誘導情報を提供します。管制官は、PARから得られた誘導情報を専用の計画位置指示器（PPI）に表示し、VHFまたはUHF音声通信を介してパイロットに指示を出します。PAR GCAでは、VHFまたはUHF通信機器以外に航空機に特別な機器は必要ありませんが、パイロットと管制官はPAR GCAの使用に関する資格を取得している必要があります。
ICAOのCAT-IIIまでの精密進入用標準システム第2弾はマイクロ波着陸システム（MLS）であり、NATOもPARに代わるものとして導入を計画していた。民間利用向けの無料GPSサービスの提供が見込まれ、その後、 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DGPSの導入が約束されたため、ほとんどの国は今日までMLSの導入を延期することを選択した。地上設置型MLSシステムの費用に加え、航空機運航者は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必要があった。航空機の胴体にCバンドアンテナを後付けする作業は、MLS受信機を後付けするよりも時間と費用がかかる。しかし、例えばヨーロッパでは1000以上の固定式および可搬式MLSシステムが配備され、1000機以上の民間機および軍用機にMLS機器とアンテナが搭載され、約10年間使用されている。
約束されていたGPS信号への無料アクセスと、後に精密進入用に追加される全地球航法衛星システム（GNSS）の利用により、単一のILSシステム（ILS-LLZ、GP、および関連するモニター）と比較して空港インフラの必要性が軽減されるという見込みは有望に見えた。ILSと同じサービスの継続性で、すべての運用気象条件下で、飛行のすべての段階における航空機の姿勢を安全に24時間365日運用することは、追加のVHFデータリンクによる補強なしには不可能であることが判明した。その理由の1つは、衛星ベースの信号が弱いため、はるかに強力なILSまたはMLS信号とは異なり、非常に弱いRFI、意図的な妨害またはスプーフィング信号にも非常に敏感であることである。
DGPSシステムは、さらなる開発と改良を経て、ICAOによってGBAS地上増強システムとして標準化され、米国ではローカルエリア増強システム（LAAS）として知られています。現在、GBASはCAT-IIIまでの精密着陸が可能な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開発作業が進行中であり、これは現在利用可能なGalileo、GLONASS、BeiDou GNSSシステムのサポートを追加することを意味します。MLSと同様に、航空機はGBASデータリンク用の受信機と水平偏波VHFアンテナを必要とします。IFR認証を受けた民間航空機はすべて、ILSおよびVOR受信用に水平偏波VHFアンテナを装備していますが、一部の軍用機はVHF音声通信用に垂直偏波VHFアンテナのみを装備しています（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の設置は公表されていません。
世界中で使用されている ILS 設備と比較すると、今日までの MLS と同様に、GBAS システムは限られた数しか展開されておらず、現在も使用されていません。当初は、無線見通し線伝搬(RLOS)内の 1 つ以上の空港にサービスを提供するには、単一の全方向増強信号で十分であると考えられていましたが、すべての進入経路内で十分なカバレッジを提供することは、大きな建物や格納庫、さまざまな航空機アンテナパターンを備えた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、フランクフルト・アム・マインのように、ほとんどが 1 本の滑走路または平行滑走路のみにサービスを提供しており、すべての滑走路ではありません。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 設備の数を超えており[ 7 ]、これは最終的にほとんどの空港で ILS が削除されることにつながる可能性があります。
したがって、ILSは、計器飛行方式（IFR）に対応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である。
計器着陸システムは、地上設置型の計器進入システムとして機能し、無線信号と多くの場合、高輝度照明アレイを組み合わせて使用することで、滑走路に接近および着陸する航空機に精密な水平方向および垂直方向の誘導を提供し、霧、雨、吹雪による低雲底や視界不良などの計器気象状態（IMC）下でも安全な着陸を可能にする。
従来の盲目着陸用無線援助装置は、通常、さまざまなタイプのビームシステムという形をとっていた。これらは通常、モーター駆動スイッチに接続された無線送信機で構成され、モールス符号の点と線のパターンを生成する。スイッチはまた、信号が送信される2つの指向性アンテナのどちらに送られるかを制御する。結果として空中に送信される信号は、滑走路の片側に送信される点と、もう片側に送信される線で構成される。ビームは中央で重なるように十分に幅が広かった。[ 8 ]
このシステムを使用するには、航空機には従来の無線受信機だけが必要でした。空港に近づくと、航空機は信号を受信してヘッドホンで聞きました。滑走路の脇にいる場合は点と線（モールス信号の「A」または「N」）が聞こえ、適切に整列している場合は、2つが混ざり合って一定のトーン、つまり等信号が生成されました。この測定の精度は、騒音の多い航空機内でイヤホンで信号を聞きながら、管制塔と通信することが多かったオペレーターのスキルに大きく依存していました。[ 8 ]
システムの精度は通常、方位角で約 3 度でした。これは航空機を滑走路の方向に導くのに役立ちましたが、悪天候時に航空機を安全に視界範囲まで導く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、システムだけでは豪雨や霧の中での着陸を行うには不十分でした。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 ]
第二次世界大戦の開戦直前に開発されたILSは、より複雑な信号システムとアンテナアレイを使用して、より高い精度を実現しました。これにより、地上局と送信機の複雑さが大幅に増しますが、シンプルな電子機器を使用して航空機内で信号を正確に復号し、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に配置できるため、無線通信士が信号を継続的に監視し、インターホンで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、振幅変調指数と呼ばれる概念であり、これは搬送波周波数にどれだけ強い振幅変調が適用されてい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/オフされており、これは変調指数100%に相当します。ビーム内の角度の決定は、2つの信号の可聴強度を比較することに基づいています。
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つの信号の変調が変化します。このシステムは、2つの異なる信号が混合されたときに生成される二次周波数であるサイドバンドの使用に依存しています。たとえば、10 MHzの無線周波数信号を2500 Hzの可聴トーンと混合すると、元の信号の周波数である2500 Hzと10000000 Hz、およびサイドバンドである9997500 Hzと10002500 Hz の4つの信号が生成されます。元の2500 Hz信号の周波数は低すぎてアンテナから遠くまで届きませんが、他の3つの信号はすべて無線周波数であり、効果的に送信できます。[ 9 ]
ILSは、90Hzと150Hzの2つの変調信号を搬送波に混合することから始まります。 これにより、搬送波と4つの側波帯の合計5つの無線周波数を持つ信号が生成されます。この結合された信号は「搬送波と側波帯」を意味するCSBとして知られ、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つの側波帯信号だけを残す回路にも送られます。この信号は「側波帯のみ」を意味するSBOとして知られ、アンテナアレイにも送られます。[ 9 ]
横方向誘導（ローカライザーと呼ばれる）の場合、アンテナは通常、滑走路の遠端の中央に配置され、滑走路の幅とほぼ同じ幅のアレイ状の複数のアンテナで構成されます。各アンテナには、SBO信号のみに適用される特定の位相シフトと電力レベルがあり、結果として得られる信号は滑走路の左側で90度遅延し、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、もう1つの180度シフトされます。信号が空間 内で混合される方法により、SBO信号は中心線に沿って互いに破壊的に干渉し、ほぼ相殺されるため、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 ]
アレイの前に設置された受信機は、これら2つの信号が混ざり合ったものを受信します。単純な電子フィルタを使用することで、元の搬送波と2つの側波帯を分離して復調し、振幅変調された元の90Hzと150Hzの信号を抽出できます。これらの信号を平均化して、2つの直流 （DC）信号を生成します。これらの信号はそれぞれ、元の信号の強度ではなく、搬送波に対する変調の強度を表しており、ビームパターン全体で変化します。これにより、角度の測定が距離に依存しないという大きな利点があります。[ 9 ]
2 つの DC 信号は、従来の電圧計に送られ、90 Hz の出力は針を右に、もう 1 つの出力は左に動かします。中心線に沿って、サイドバンドの 2 つの変調トーンは相殺され、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。航空機が左に大きく離れている場合、90 Hz 信号は強い DC 電圧を生成し (優勢)、150 Hz 信号は最小化され、針は右端まで動きます。これは、電圧計が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を直接表示することを意味します。[ 9 ]この測定は、単一の信号の異なる部分を完全に電子回路で比較するため、1 度未満の角度分解能を提供し、精密進入の構築を可能にします。[ 9 ]
符号化方式は複雑で、かなりの量の地上設備が必要ですが、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、一般的な干渉に対してはるかに耐性があります。たとえば、信号中の静電気は両方のサブ信号に均等に影響するため、結果には影響しません。同様に、航空機が滑走路に近づくにつれて全体の信号強度が変化したり、フェージングによって変化したりしても、通常は両方のチャネルに均等に影響するため、結果の測定にはほとんど影響しません。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ますが、これらの影響は地形に依存するため、一般的に位置が固定されており、アンテナまたは位相シフターの調整によって対処できます。[ 9 ]
さらに、角度情報が含まれているのはビームの強度ではなく、ビーム内の信号の符号化であるため、信号は空間的に厳密に集束されている必要はありません。従来のビームシステムでは、等信号領域の精度は2つの方向信号のパターンに依存しており、比較的狭い範囲であ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（46 km、29 mi）で左右10度以内、 17海里（31 km、20 mi）で左右35度以内で使用できることが求められます。これにより、さまざまな進入経路が可能になります。[ 11 ]
グライドスロープはローカライザーとほぼ同じ方法で動作し、同じエンコーディングを使用しますが、通常は滑走路の端ではなく、滑走路の横にあるアンテナから水平線から 3 度の角度[ a ]で中心線を生成するように送信されます。信号の唯一の違いは、ローカライザーはより低い搬送波周波数を使用して送信され、108.10 MHz から 111.95 MHz の間の 40 個の選択されたチャネルを使用するのに対し、グライドスロープは 328.6 MHz から 335.4 MHz の間の対応する 40 個のチャネルのセットを持っていること です。周波数が高いほど、一般的にグライドスロープの放射アンテナは小さくなります。チャネルのペアは線形ではありません。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ますが、チャネル 2 は 108.15 と 334.55 です。両方のバンドにギャップとジャンプがあります。[ 11 ] [ 12 ]
ILSの概念を示す多くの図解では、システムが90Hz の信号と150Hzの信号を片側に持つビームシステムとよく似た動作をしているように描かれています。しかし、これらの図解は不正確です。実際には、両方の信号がビームパターン全体に放射され、接近する航空機の位置に応じて変化するのは、変調深度（DDM）におけるそれらの相対的な差なのです。
計器進入手順図（または「進入図」）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進入方式ごとに発行されます。この図には、ILS構成要素または航法援助施設で使用される無線周波数と、規定された最低視程要件が記載されています。
滑走路に接近する航空機は、機体に搭載されたILS受信機による変調深度比較によって誘導されます。多くの航空機は、信号をオートパイロットに送ることで、着陸進入を自動で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。ローカライザーは水平方向の誘導を行い、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（LOC、またはICAO標準化まではLLZ [ 13 ]）は、通常滑走路の出発端の先に位置するアンテナアレイであり、一般的に複数の指向性アンテナのペアで構成されています。
ローカライザーによって航空機は旋回し、滑走路に機体を合わせることができます。その後、パイロットは進入フェーズ（APP）を開始します。
パイロットは、グライドスロープ指示器がディスプレイの中央に留まるように航空機を操縦し、航空機が障害物を避けて滑走路の適切な着陸地点に到達するために、水平（地上）から約3°のグライドパスに沿って飛行するようにします（つまり、垂直方向の誘導を提供します）。
ILSローカライザーおよびグライドスロープシステムは複雑であるため、いくつかの制約があります。ローカライザーシステムは、信号送信エリア内の障害物（大型ビルや格納庫など）に敏感です。グライドスロープシステムも、グライドスロープアンテナの前方の地形によって制約を受けます。地形が傾斜していたり、不均一な場合、反射によってグライドパスが不均一になり、望ましくない針の偏向が発生す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ているため、グライドスロープは一定の降下角での直線進入のみをサポートします。ILSの設置は、設置場所の選定基準とアンテナシステムの複雑さから、費用がかかる場合があります。
ILSクリティカルエリアとILSセンシティブエリアは、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。これらのクリティカル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[ 14 ]、離陸の遅延、待機時間の増加、航空機間の間隔の増加につながります。
前述の航法信号に加え、ローカライザーは定期的に1,020Hzの モールス符号識別信号を送信することでILS施設の識別を行います。この信号は常にモールス符号の「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、利用者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を確認できます。グライドスロープ局は識別信号を送信しないため、ILS機器は識別のためにローカライザーに依存します。
ILSが安全な誘導を提供できない場合は、パイロットが直ちにそれを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。厳密な制限を超える重大な逸脱が検出された場合、ILSは自動的にオフになるか、ナビゲーションおよび識別コンポーネントがキャリアから取り外されます。[ 17 ]これらのいずれかの動作により、ILSを使用している航空機の計器に表示（「故障フラグ」）が作動します。
最新のローカライザーアンテナは指向性が非常に高い。しかし、旧式の指向性の低いアンテナを使用することで、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方式を導入できる。これにより、航空機はローカライザーアレイの背面から送信される信号を使用して着陸することができる。指向性の高いアンテナでは、バックコースをサポートするのに十分な信号が得られない。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る。バックコースを飛行するパイロットは、グライドスロープ表示を無視する必要がある。
旧式の設備では、搬送周波数75 MHzで動作するマーカービーコンが設置されています。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のインジケータが作動し、ビーコンの識別コードとトーン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、ILS に正しく進入した場合の航空機の高度とともに、その進入方式のドキュメントに記載されています。これにより、グライドスロープの正しい機能を確認できます。マーカービーコンの代わりに、最新の ILS 設備ではDMEが使用されます。着陸地点近くの ILS グライドパス送信機と同じ場所に設置された DME は、航空機から滑走路までの距離を表示します。
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値を提供します。DMEは、多くの設備でマーカーを補完または置き換えています。DMEは、ILSグライドスロープの正しい進行状況をパイロットにより正確かつ継続的に監視し、空港境界外に設置する必要はありません。デュアル滑走路アプローチILSと併用する場合、DMEは相互滑走路のしきい値の中間地点に設置されることが多く、内部遅延が変更されて、1つのユニットがどちらかの滑走路のしきい値までの距離情報を提供できるようになります。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が必要と記載されており、航空機はアプローチを開始するために、少なくとも1つの動作中のDMEユニット、またはGNSSを使用するIFR承認システム（ TSO-C129/-C145/-C146を満たすRNAVシステム）[ 18 ]を備えている必要があります。
コンパスロケーターは低出力（25 W未満）の無指向性ビーコンで、自動方向探知機受信機によって受信および表示されます。15 マイル以上の範囲をカバーし、190 ～ 535 kHz で動作します。ILS フロントコースと併用する場合、コンパスロケーター設備は外側マーカー設備および/または中間マーカー設備と併設され、外側マーカーの代わりとして使用できます。その場合、400 W で送信されます。外側ロケーターのコード識別は、関連するローカライザーの 3 文字の識別子の最初の 2 文字で構成されます。[ 19 ] [ 20 ]
一部の設備には、中強度または高強度の進入灯システム（ALSと略される）が含まれています。これらは大抵の場合、大空港にありますが、米国の多くの小規模な一般航空空港にも、ILS 設備をサポートし、低視程の最低基準を満たすための進入灯があります。ALS は、パイロットが計器飛行から有視界飛行に移行し、航空機を滑走路の中心線に視覚的に合わせるのに役立ちます。パイロットが決定高度で進入灯システムを観察すると、滑走路や滑走路灯が見えなくても、ALS が滑走路末端環境とみなされるため、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、進入灯のない ILS は、必要な障害物クリアランス面に障害物がない場合、CAT I ILS の最低視程が3/4マイル(1.2 km ) (滑走路視距離4,000 フィート (1,200 m) ) まで低くなる場合があります。
1,400～3,000フィート（430～910m ）のALSでサポートされたCAT I ILSアプローチでは、 1 / 2マイル（0.80km ）（滑走路視程2,400フィート（730m ） ）の視程の最小値が可能であり、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、および少なくとも2,400フィート（730m）の長さのALSがある場合は、 3 / 8マイル（600m ）の視程1,800フィート（550m ）の視程が可能となる（FAA命令8260.3Cの表3-3-1「最小視程値」を参照）。[ 21 ]事実上、ALSは着陸機に向かって滑走路環境を拡張し、低視程での運用を可能にする。 CAT IIおよびCAT III ILSアプローチでは、一般的に複雑な高輝度進入灯システムが必要となりますが、CAT I ILSアプローチでは、通常、中輝度システムが用いられます。管制塔のない空港では、パイロットが照明システムを制御します。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回押すと低輝度のライトを点灯させることができます。
進入経路が確立されると、パイロットはローカライザーが示すILS進入経路に従い、グライドパスに沿って降下し、決定高度まで降下します。この高度で、パイロットは着陸環境（進入灯や滑走路灯など）を十分に視覚的に確認し、着陸に向けて降下を続けるかどうかを判断しなければなりません。そうでなければ、パイロットは着陸復行手順を実行し、同じ進入経路を再度試みるか、別の進入経路を試みるか、別の空港へダイバートする必要があります。通常、パイロットが進入を続けるかどうかの判断は、滑走路が見えるかどうか、または滑走路がクリアかどうかによって決まります。
小型航空機は一般的にCAT I ILSのみを飛行できるように装備されています。大型航空機では、これらのアプローチは通常、飛行制御システムによって制御され、飛行クルーは監視を行います。CAT Iは決定高度の決定に高度計の指示のみに依存しますが、CAT IIおよびCAT IIIアプローチは決定高度を決定するために電波高度計（RA）を使用します。 [ 27 ]
ILSは、内部で故障状態が検出されるとシャットダウンしなければなりません。上位のカテゴリでは応答時間が短くなることが求められるため、ILS機器はより迅速にシャットダウンする必要があります。たとえば、CAT Iローカライザーは故障を検出してから10秒以内にシャットダウンする必要がありますが、CAT IIIローカライザーは2秒未満でシャットダウンする必要があります。[ 17 ]
他の運航とは対照的に、CAT III 気象最低条件では、手動着陸を可能にするのに十分な視覚的参照が得られません。CAT IIIb 最低条件は、ロールアウト制御とオートパイロットの冗長性に依存します。これは、パイロットが航空機が着陸ゾーンに着陸するかどうか（基本的に CAT IIIa）を判断し、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です。したがって、カテゴリー III 運航を実行するには、自動着陸システムが必須です。その信頼性は、CAT IIIa 運航で航空機を着陸させ、CAT IIIb （および許可されている場合は CAT IIIc）で安全なタクシー速度までロールアウトを制御できるほど十分でなければなりません。[ 28 ]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の CAT III アプローチを行う特別な承認が与えられています。HUD ガイダンスは、パイロットにフロントガラスを通して見える画像を無限遠に焦点を合わせ、真の外部視覚参照なしで航空機を着陸させるために必要な電子ガイダンスを提供します。
米国では、CAT III アプローチを備えた空港には、計器進入図 (US Terminal Procedures) に CAT IIIa と IIIb、または単に CAT III が記載されています。CAT IIIb の RVR の最小値は、滑走路/誘導路の照明とサポート施設によって制限され、空港の地上移動誘導管制システム(SMGCS) 計画に準拠しています。RVR が 600 フィート未満の運用には、誘導路の中心線灯と誘導路の赤色停止線灯が必要です。滑走路端の CAT IIIb RVR の最小値が600 フィート (180 m)の場合(これは米国では一般的な数値です)、RVR が600 フィート (180 m)未満のその滑走路端への ILS アプローチは CAT IIIc に該当し、着陸を許可するには特別な誘導路手順、照明、および承認条件が必要です。FAA 命令 8400.13D では、CAT III を 300フィート RVR 以上に制限しています。命令8400.13D（2009）は、 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進入の特別認可を認めており、これにより潜在的なCAT II滑走路の数が増加しました。
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。たとえば、CAT IIIb では、資格を持ち、かつ最新の資格を持つ乗務員に加えて、フェイルオペレーショナル システムが必要ですが、CAT I では必要ありません。自動システムではなく、パイロットが航空機の操縦を行える HUD は、フェイルオペレーショナルとみなされます。HUD を使用すると、乗務員は ILS センサーからのガイダンス キューを使用して航空機を操縦できるため、安全な着陸が疑わしい場合は、乗務員は適切かつタイムリーに対応できます。HUD は「フィーダー」航空会社の間でますます人気が高まっており、現在ではほとんどのリージョナル ジェット機のメーカーが 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を使用すると、視界不良でも離陸できます。
一部の商用航空機には、計器着陸から視覚着陸に移行することなく着陸できる自動着陸システムが装備されています。このような自動着陸操作には、特殊な機器、手順、訓練が必要であり、航空機、空港、乗務員が関わります。シャルル・ド・ゴール空港のような一部の主要空港が年間を通して毎日運用されている唯一の方法は、自動着陸です。一部の最新航空機には、赤外線センサーに基づく強化型飛行視覚システムが装備されており、昼間のような視覚環境を提供し、そうでなければ着陸に適さない条件や空港での運用を可能にします。商用航空機は、離陸最低条件を満たさない場合にも、このような装置を離陸によく使用します。 [ 29 ]
自動着陸システムとHUD着陸システムのいずれにおいても、機器の設計および個々の設置ごとに特別な承認が必要です。設計においては、地上付近での航空機の運用に関する追加の安全要件と、システム異常に対する乗務員の対応能力が考慮されています。また、機器には、視界不良時の運用を確実にサポートするための追加の保守要件も設けられています。
パイロットの訓練と資格取得作業のほぼすべては、様々な忠実度を持つシミュレーターで行われる。
管制空港では、航空交通管制官が指定された方位で航空機をローカライザーコースに誘導し、航空機同士が接近しすぎないように（分離を維持するように）するとともに、可能な限り遅延を回避します。複数の航空機が同時にILS上にあり、数マイル離れていることがあります。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（コース偏差指示器が半分の目盛りの偏向以下を示す）にある航空機は、進入経路に確立したと言われます。通常、航空機は最終進入点（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（3.7 km）手前で進入経路に確立されます。
航空機が最適経路から逸脱した場合は、表示ダイヤルによって操縦士に通知されます（これは、ILS受信機から送信される電圧によっ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時代の名残です）。
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、オートパイロット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、乗務員が操作を監視する結合方式と、乗務員が手動で航空機を操縦してローカライザーとグライドスロープ指示器を中央に維持する非結合方式のいずれかになります。
ILSの試験は1929年に米国で始まり、ジミー・ドゥーリトルが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を離陸、飛行、着陸させた最初のパイロットとなった。 [ 30 ] [ 31 ] ドゥーリトルは、スペリー人工水平儀とジャイロスコープ、ポール・コルズマン高度計、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調整済みリード指示器を備えたコンソリデーテッドNY2を操縦した。[ 32 ] [ 33 ]
1928年、NSBのハリー・ダイアモンドは、低周波無線測距をローカライザー指向ビームとして改良し、進入経路に沿って配置された2つの高周波ビーコンで補完することを提案した。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次元経路が実現した。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ローカライザーで改良し、進入援助装置を開発した。これはブラインド着陸には適していなかったが、高度200フィート以内への計器低高度進入システムとなり、そこからパイロットは視覚着陸が可能となった。日本、ソビエト連邦で複製され、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、ドイツ航空試験研究所の共同プロジェクトでこのアイデアを発展させた。このバージョンはヨーロッパで急速に採用された。[ 32 ]： 59-78
1931年から1933年にかけて、アルバート・フランシス・ヘーゲンバーガーは、A-1と呼ばれる米陸軍の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・クルージによって自動方向探知機として航空機に搭載された。A-1システムは、コンパスロケーターと呼ばれる2つの全方向無線送信機を使用し、1つは空港のすぐそばに、もう1つは1.5マイル離れた場所に設置された。第二次世界大戦後、コンパスロケーターは、進入補助装置としてNSBマーカービーコンに追加された。1933年、米海軍情報局はNSBシステムをYBシステムに複製した。空母着艦には不向きであったが、海軍は水上機に使用した。1938年、エアトラック社が製造したYBシステムの商用版が、最初の旅客機の盲目着陸に使用された。[ 32 ]
基本的なシステムが完全に機能する形で、1932年にベルリン・テンペルホーフ中央空港（ドイツ）に導入され、発明者であるC. Lorenz AG社にちなんでLFFまたは「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6か所へのシステムの設置を承認しました。ILSを使用した米国の定期旅客機の最初の着陸は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DCからペンシルベニア州ピッツバーグへ飛行し、計器着陸システムのみを使用して吹雪の中着陸しました。[ 34 ]
しかし、NSBシステムとその派生システムには、直線グライドパスがないなど、いくつかの制限がありました。現在の曲線グライドパスでは、空港境界に入る半マイル手前で高度50フィートで飛行する必要がありました。進入を簡素化し、障害物回避を確実にするためには、直線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、現在のシステムは地表を反射体として使用していたため、地表の状態が変化するとグライドパスが不安定になり、歪みました。1938年、航空商務局はITTにNSBシステムの改良を依頼しました。1939年、改良されたシステムがインディアナポリスで実証されましたが、それでも2～3マイルの曲線グライドスロープでした。1940年、ルーズベルト大統領は、陸軍がMITとマイクロ波システム開発プロジェクトを進める一方で、民間航空局が10基のITTインディアナポリスシステムを設置することを許可する米国科学アカデミーの勧告を承認しました。 1941年の第二次世界大戦勃発に伴い、陸軍は全米にCAAローカライザーおよびマーカービーコンシステムの配備を開始し、AAFとCAAは各空港の標準進入手順を採用した。[ 32 ]： 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引き継ぎ、ITTのインターナショナル・テレフォン・アンド・ラジオ・マニュファクチャリング・カンパニーの協力を得て陸軍版の開発を開始した。110MHzローカライザーと93.7MHzグライドパスはともに330MHzの電子機器に置き換えられ、環境の影響が軽減された。グライドパスは直線化され、システムは標準的な真空管セットで持ち運び可能になった。1942年、AAFはこのSCS-51システムの試験を開始した。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航路沿いに配備された。1944年、SCS-51はヨーロッパ戦線で第8空軍、第9空軍、およびイギリス空軍に採用された。[ 32 ]： 104-113
1946年、暫定国際民間航空機関はVORとDMEの航空路モデルを採用した。各国は、航空輸送司令部が戦時中に設置した施設を引き継ぎ、拡張した。SCS-51も国際標準として採用された。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、機密情報や軍事秘密を必要としなかったためである。[ 32 ]： 119-122
ILS（計器着陸装置）を使用した商用旅客機による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た。
計器着陸システム市場の収益は2019年に12億1500万米ドルで、 COVID-19パンデミックの悪影響にもかかわらず、2020年から2025年の間に年平均成長率5.41%で16億6700万米ドルに達すると予想されている。[ 35 ]
計器着陸システムの上位10社は以下のとおりです。
全地球測位システム（GPS）の登場により、航空機の進入誘導の代替手段が提供されるようになった。米国では、2007年以来、多くの地域で広域増強システム（WAAS）が利用可能となり、カテゴリーI規格に準拠した精密誘導を提供している。同等の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た。[ 39 ]そのため、カテゴリーI ILSの設置数は減少する可能性があるが、米国ではカテゴリーIIまたはカテゴリーIIIシステムを段階的に廃止する計画はない。[ 40 ]
ローカルエリア増強システム（LAAS）は、カテゴリーIII以下の最低基準を満たすために開発が進められています。FAA地上増強システム（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最初のGBAS地上局が設置されるのを見据え、業界と協力して取り組んでいます。これら4か国は既にGBAS地上局を設置しており、技術的および運用上の評価活動に参加しています。
ハネウェルとFAAのチームは、ニューアーク・リバティー国際空港におけるLAASカテゴリーIの世界初の非連邦米国承認のシステム設計承認を取得し、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。[ 41 ]
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、一部の短滑走路空港で運用されている。
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この記事には、パブリックドメインにあるこの情報源からのテキストが含まれています。年 9 月 24 日: ニューヨーク州ミッチェル フィールドで、陸軍中尉ジェームズ H. ドゥーリトルは、計器誘導のみを使用して離陸、設定されたコースの飛行、着陸を行った最初のパイロットとなった。ドゥーリトルは、空港の滑走路に合わせられた無線レンジ コースから方向誘導を受け、無線マーカー ビーコンは滑走路からの距離を示した。[...] 彼はフード付きコックピットで飛行したが、緊急時に介入できるチェック パイロットが同乗していた。
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