JSBsim/FGPosition.cpp

   1 /*******************************************************************************
   2
   3  Module:       FGPosition.cpp
   4  Author:       Jon S. Berndt
   5  Date started: 01/05/99
   6  Purpose:      Integrate the EOM to determine instantaneous position
   7  Called by:    FGFDMExec
   8
   9  ------------- Copyright (C) 1999  Jon S. Berndt (jsb@hal-pc.org) -------------
  10
  11  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  12  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  13  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  14  version.
  15
  16  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  17  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  18  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  19  details.
  20
  21  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  22  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  23  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  24
  25  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  26  the world wide web at http://www.gnu.org.
  27
  28 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  29 --------------------------------------------------------------------------------
  30 This class encapsulates the integration of rates and accelerations to get the
  31 current position of the aircraft.
  32
  33 ARGUMENTS
  34 --------------------------------------------------------------------------------
  35 None
  36
  37 HISTORY
  38 --------------------------------------------------------------------------------
  39 01/05/99   JSB   Created
  40
  41 ********************************************************************************
  42 COMMENTS, REFERENCES,  and NOTES
  43 ********************************************************************************
  44 [1] Cooke, Zyda, Pratt, and McGhee, "NPSNET: Flight Simulation Dynamic Modeling
  45     Using Quaternions", Presence, Vol. 1, No. 4, pp. 404-420  Naval Postgraduate
  46     School, January 1994
  47 [2] D. M. Henderson, "Euler Angles, Quaternions, and Transformation Matrices",
  48     JSC 12960, July 1977
  49 [3] Richard E. McFarland, "A Standard Kinematic Model for Flight Simulation at
  50     NASA-Ames", NASA CR-2497, January 1975
  51 [4] Barnes W. McCormick, "Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics",
  52     Wiley & Sons, 1979 ISBN 0-471-03032-5
  53 [5] Bernard Etkin, "Dynamics of Flight, Stability and Control", Wiley & Sons,
  54     1982 ISBN 0-471-08936-2
  55
  56 ********************************************************************************
  57 INCLUDES
  58 *******************************************************************************/
  59
  60 #include "FGPosition.h"
  61 #include <math.h>
  62
  63 /*******************************************************************************
  64 ************************************ CODE **************************************
  65 *******************************************************************************/
  66
  67
  68 FGPosition::FGPosition(void) : FGModel()
  69 {
  70   strcpy(Name, "FGPosition");
  71   EarthRad = 20898908.00;       // feet
  72   OmegaEarth = 7.2685E-3;       // rad/sec
  73   AccelN = AccelE = AccelD = 0.0;
  74   LongitudeDot = LatitudeDot = RadiusDot = 0.0;
  75 }
  76
  77
  78 FGPosition::~FGPosition(void)
  79 {
  80 }
  81
  82
  83 bool FGPosition:: Run(void)
  84 {
  85   float tanLat, cosLat;
  86
  87   if (!FGModel::Run()) {
  88     GetState();
  89     T[1][1] = Q0*Q0 + Q1*Q1 - Q2*Q2 - Q3*Q3;                    // Page A-11
  90     T[1][2] = 2*(Q1*Q2 + Q0*Q3);                                // From
  91     T[1][3] = 2*(Q1*Q3 - Q0*Q2);                                // Reference [2]
  92     T[2][1] = 2*(Q1*Q2 - Q0*Q3);
  93     T[2][2] = Q0*Q0 - Q1*Q1 + Q2*Q2 - Q3*Q3;
  94     T[2][3] = 2*(Q2*Q3 + Q0*Q1);
  95     T[3][1] = 2*(Q1*Q3 + Q0*Q2);
  96     T[3][2] = 2*(Q2*Q3 - Q0*Q1);
  97     T[3][3] = Q0*Q0 - Q1*Q1 - Q2*Q2 + Q3*Q3;
  98
  99     Fn = T[1][1]*Fx + T[2][1]*Fy + T[3][1]*Fz;                  // Eqn. 3.5
 100     Fe = T[1][2]*Fx + T[2][2]*Fy + T[3][2]*Fz;                  // From
 101     Fd = T[1][3]*Fx + T[2][3]*Fy + T[3][3]*Fz;                  // Reference [3]
 102
 103     tanLat = tan(Latitude);                                     // I made this up
 104     cosLat = cos(Latitude);
 105
 106     lastAccelN = AccelN;
 107     lastAccelE = AccelE;
 108     lastAccelD = AccelD;
 109
 110     Vn = T[1][1]*U + T[2][1]*V + T[3][1]*W;
 111     Ve = T[1][2]*U + T[2][2]*V + T[3][2]*W;
 112     Vd = T[1][3]*U + T[2][3]*V + T[3][3]*W;
 113
 114     AccelN = invMass * Fn + invRadius * (Vn*Vd - Ve*Ve*tanLat); // Eqn. 3.6
 115     AccelE = invMass * Fe + invRadius * (Ve*Vd + Vn*Ve*tanLat); // From
 116     AccelD = invMass * Fd - invRadius * (Vn*Vn + Ve*Ve);        // Reference [3]
 117
 118     Vn += 0.5*dt*(3.0*AccelN - lastAccelN);                     // Eqn. 3.7
 119     Ve += 0.5*dt*(3.0*AccelE - lastAccelE);                     // From
 120     Vd += 0.5*dt*(3.0*AccelD - lastAccelD);                     // Reference [3]
 121
 122     Vee = Ve - OmegaEarth * (Radius) * cosLat;                  // From Eq. 3.8
 123                                                                 // Reference [3]
 124     lastLatitudeDot = LatitudeDot;
 125     lastLongitudeDot = LongitudeDot;
 126     lastRadiusDot = RadiusDot;
 127
 128     if (cosLat != 0) LongitudeDot = Ve / (Radius * cosLat);
 129     LatitudeDot = Vn * invRadius;
 130     RadiusDot = -Vd;
 131
 132     Longitude += 0.5*dt*(LongitudeDot + lastLongitudeDot);
 133     Latitude  += 0.5*dt*(LatitudeDot + lastLatitudeDot);
 134     Radius    += 0.5*dt*(RadiusDot + lastRadiusDot);
 135
 136     PutState();
 137     return false;
 138   } else {
 139     return true;
 140   }
 141 }
 142
 143
 144 void FGPosition::GetState(void)
 145 {
 146   Q0 = State->GetQ0();
 147   Q1 = State->GetQ1();
 148   Q2 = State->GetQ2();
 149   Q3 = State->GetQ3();
 150
 151   Fx = State->GetFx();
 152   Fy = State->GetFy();
 153   Fz = State->GetFz();
 154
 155   U = State->GetU();
 156   V = State->GetV();
 157   W = State->GetW();
 158
 159   Latitude = State->Getlatitude();
 160   Longitude = State->Getlongitude();
 161
 162   invMass = 1.0 / State->Getm();
 163   invRadius = 1.0 / (State->Geth() + EarthRad);
 164   Radius = State->Geth() + EarthRad;
 165   dt = State->Getdt();
 166 }
 167
 168
 169 void FGPosition::PutState(void)
 170 {
 171   for (int r=1;r<=3;r++)
 172     for (int c=1;c<=3;c++)
 173       State->SetT(r,c,T[r][c]);
 174
 175   State->Setlatitude(Latitude);
 176   State->Setlongitude(Longitude);
 177   State->Seth(Radius - EarthRad);
 178
 179   State->SetVn(Vn); // remove after testing
 180   State->SetVe(Ve); // remove after testing
 181   State->SetVd(Vd); // remove after testing
 182 }
 183