¿Cómo funciona el ILS (sistema de aterrizaje por instrumentos)?

El ILS funciona con dos componentes, un localizador y una senda de planeo. Las frecuencias para el localizador están entre 108,1-111,95 MHz y la senda de planeo entre 329,15-335,0 MHz. Estas frecuencias son las ondas portadoras sobre las que tiene lugar la modulación que mencionas. Al piloto solo le preocupa la frecuencia del localizador, ya que el equipo de navegación conoce la frecuencia de la senda de planeo emparejada para cualquier frecuencia del localizador dada.

El equipo para transmitir las señales está bastante bien descrito en su pregunta. La antena del localizador transmite dos lóbulos a lo largo de la pista durante unas pocas millas (generalmente 18 nm, pero algunos aeropuertos como LAX tienen una distancia de servicio mucho más larga). La antena de senda de planeo se ubica alrededor de los marcadores de la zona de toma de contacto de 1000 pies en la pista, un poco desplazada de la pista. Emite sus propios dos lóbulos centrados alrededor de una pendiente de 3 grados (esto puede variar según la instalación). La senda de planeo generalmente se puede usar a unas 10 millas náuticas de la pista, pero generalmente no se usa tan lejos.

El equipo en el avión responsable de usar esta señal viene en algunas partes, una antena, una radio y un instrumento de navegación.

La señal del localizador se recibe en la antena utilizada para las señales de navegación normal (VOR) y habrá una antena adicional para la señal de senda de planeo. Estas señales irán primero a una radio de navegación, que el piloto usa para seleccionar la frecuencia del localizador (o una frecuencia VOR). Si se selecciona una frecuencia de localizador, la radio también escuchará en una frecuencia de senda de planeo específica.

Luego, los datos de la radio se envían a cualquier instrumento en el que esté mostrando los datos.

El instrumento más primitivo es la cabeza VOR con un instrumento de navegación con agujas tipo pendiente de planeo.

Un paso adelante de eso es un HSI, que es un poco más intuitivo para volar y tiene mejores instalaciones para manejar los cursos posteriores del localizador.

En el extremo superior, tiene pantallas de vuelo primarias electrónicas que muestran datos en una pantalla CRT o LCD.

La base de todo esto son dos agujas que se muestran al piloto. Uno se mueve de lado a lado y sigue el localizador, y el otro se mueve hacia arriba y hacia abajo y sigue la senda de planeo. Si ambos están centrados, se encuentra en el medio de ambos haces y en curso. La posición de la aguja está determinada por qué lóbulo del transmisor se recibe más fuerte que el otro. Cuando ambos lóbulos se reciban por igual, la aguja estará centrada.

A su última pregunta, el piloto tiene control sobre el avión durante toda la aproximación. El ILS no se hace cargo del avión. El piloto automático puede ser esclavo para seguir solo el localizador, o tanto el localizador como la senda de planeo, o el piloto puede volar manualmente la aproximación. Sin embargo, en ambos casos, el piloto tiene el control, no el ILS.

El ILS se puede utilizar por lo menos a 10 millas de las antenas. En muchos aeropuertos, rastreará la parte del localizador de la señal mucho más lejos que esto. Dejará de usar el ILS normalmente a 200 pies sobre el suelo, aunque existen aproximaciones ILS especiales con altitudes mínimas más bajas que requieren equipo y capacitación especiales. Sin embargo, la mayoría de las aproximaciones ILS requieren que el piloto observe ciertas indicaciones visuales antes de descender por debajo de los 200 pies AGL.

Para agregar un poco más de detalles sobre el lado del receptor y cómo se usa;

Las señales del localizador y la senda de planeo se transmiten en diferentes frecuencias (la frecuencia "portadora") y se filtran para dejar una mezcla de 90 Hz y 150 Hz para cada una. Luego, los 90 y 150 se filtran por separado.

Si tiene más de 90 Hz que 150 Hz, está demasiado a la izquierda en el localizador o demasiado alto en la senda de planeo. El indicador de guía es solo una visualización de la relación entre 90 Hz y 150 Hz. ¡Una proporción del 50% significa lo correcto!

Sobre su pregunta de "¿durante cuánto tiempo?", un procedimiento común (puede ser diferente para un campo o enfoque en particular) es volar hacia la línea central del localizador y debajo de la senda de planeo en un ángulo de aproximadamente 30 grados para interceptar el localizador a unas 10 millas.

ATC vectorizará la aeronave hasta este punto (p. ej Speedbird 93, descend and maintain 1500 feet, turn left heading 300 degrees. Cleared ILS approach 27L report established., ). El piloto automático suele estar en modo de aproximación, lo que significa que capturará el localizador y, a su vez, la senda de planeo, y seguirá el ILS hacia abajo.

Cuando se captura el localizador, el piloto automático girará la aeronave hacia la línea central y el piloto informará al ATC.

Es un procedimiento normal capturar el localizador a una altura inferior a la senda de planeo en el punto de captura para capturar la senda de planeo desde abajo. Esto es por seguridad. Si capturó la senda de planeo desde arriba, es posible que la aeronave descienda a través de la senda de planeo y luego se nivele para recuperarla. Descender por debajo de la senda de planeo, a lo que bien podrían ser cientos de pies por minuto, no es bueno.

Finalmente, la mayoría de los procedimientos exigen una aproximación estabilizada (configurada correctamente, siguiendo el ILS, velocidad correcta, listas de verificación completas, sin grandes desviaciones en los ajustes de rumbo, altura o potencia) por 1000' o motor y al aire. Muchos pilotos, dependiendo de los procedimientos y condiciones de sus aerolíneas, desconectarán el piloto automático durante los últimos 1000 pies, a veces para dar práctica al copiloto. Algunas aeronaves se autorizan completamente (aterrizaje automático), pero eso también dependerá de las operaciones de la compañía, la moneda de la tripulación y los procedimientos locales.

[EDITAR] Deliberadamente omití los armónicos. Pensé que solo tenía una página;)