src/FDM/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 HISTORY
  34 --------------------------------------------------------------------------------
  35 01/05/99   JSB   Created
  36
  37 ********************************************************************************
  38 COMMENTS, REFERENCES,  and NOTES
  39 ********************************************************************************
  40 [1] Cooke, Zyda, Pratt, and McGhee, "NPSNET: Flight Simulation Dynamic Modeling
  41     Using Quaternions", Presence, Vol. 1, No. 4, pp. 404-420  Naval Postgraduate
  42     School, January 1994
  43 [2] D. M. Henderson, "Euler Angles, Quaternions, and Transformation Matrices",
  44     JSC 12960, July 1977
  45 [3] Richard E. McFarland, "A Standard Kinematic Model for Flight Simulation at
  46     NASA-Ames", NASA CR-2497, January 1975
  47 [4] Barnes W. McCormick, "Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics",
  48     Wiley & Sons, 1979 ISBN 0-471-03032-5
  49 [5] Bernard Etkin, "Dynamics of Flight, Stability and Control", Wiley & Sons,
  50     1982 ISBN 0-471-08936-2
  51
  52 ********************************************************************************
  53 INCLUDES
  54 *******************************************************************************/
  55
  56 #ifdef FGFS
  57 #  include <simgear/compiler.h>
  58 #  ifdef FG_HAVE_STD_INCLUDES
  59 #    include <cmath>
  60 #    include <iomanip>
  61 #  else
  62 #    include <math.h>
  63 #    include <iomanip.h>
  64 #  endif
  65 #else
  66 #  include <cmath>
  67 #  include <iomanip>
  68 #endif
  69
  70 #include "FGPosition.h"
  71 #include "FGAtmosphere.h"
  72 #include "FGState.h"
  73 #include "FGFDMExec.h"
  74 #include "FGFCS.h"
  75 #include "FGAircraft.h"
  76 #include "FGTranslation.h"
  77 #include "FGRotation.h"
  78 #include "FGAuxiliary.h"
  79 #include "FGOutput.h"
  80
  81 static const char *IdSrc = "$Header$";
  82 static const char *IdHdr = ID_POSITION;
  83
  84 /*******************************************************************************
  85 ************************************ CODE **************************************
  86 *******************************************************************************/
  87
  88 extern float globalTriNormal[3];
  89 extern double globalSceneryAltitude;
  90 extern double globalSeaLevelRadius;
  91
  92 FGPosition::FGPosition(FGFDMExec* fdmex) : FGModel(fdmex),
  93     vUVW(3),
  94     vVel(3),
  95     vVelDot(3),
  96     vRunwayNormal(3)
  97 {
  98   Name = "FGPosition";
  99   LongitudeDot = LatitudeDot = RadiusDot = 0.0;
 100   lastLongitudeDot = lastLatitudeDot = lastRadiusDot = 0.0;
 101   Longitude = Latitude = 0.0;
 102   gamma = Vt = Vground = 0.0;
 103   h = 3.0;                                 // Est. height of aircraft cg off runway
 104   SeaLevelRadius = EARTHRAD;               // For initialization ONLY
 105   Radius         = SeaLevelRadius + h;
 106   RunwayRadius   = SeaLevelRadius;
 107   DistanceAGL    = Radius - RunwayRadius;  // Geocentric
 108   vRunwayNormal(3) = -1.0;                 // Initialized for standalone mode
 109 }
 110
 111 /******************************************************************************/
 112
 113 FGPosition::~FGPosition(void) {}
 114
 115 /*************************************************************************** Run
 116 Purpose: Called on a schedule to perform Positioning algorithms
 117 Notes:   [TP] Make sure that -Vt <= hdot <= Vt, which, of course, should always
 118          be the case
 119          [JB] Run in standalone mode, SeaLevelRadius will be EARTHRAD. In FGFS,
 120          SeaLevelRadius is stuffed from FGJSBSim in JSBSim.cxx each pass.
 121 */
 122
 123 bool FGPosition:: Run(void) {
 124   double cosLat;
 125   double hdot_Vt;
 126
 127   if (!FGModel::Run()) {
 128     GetState();
 129
 130     Vground = sqrt( vVel(eNorth)*vVel(eNorth) + vVel(eEast)*vVel(eEast) );
 131
 132     invMass   = 1.0 / Aircraft->GetMass();
 133     Radius    = h + SeaLevelRadius;
 134     invRadius = 1.0 / Radius;
 135
 136     cosLat = cos(Latitude);
 137     if (cosLat != 0) LongitudeDot = vVel(eEast) / (Radius * cosLat);
 138
 139     LatitudeDot = vVel(eNorth) * invRadius;
 140     RadiusDot   = -vVel(eDown);
 141
 142     Longitude += 0.5*dt*rate*(LongitudeDot + lastLongitudeDot);
 143     Latitude  += 0.5*dt*rate*(LatitudeDot + lastLatitudeDot);
 144     Radius    += 0.5*dt*rate*(RadiusDot + lastRadiusDot);
 145
 146     h = Radius - SeaLevelRadius;           // Geocentric
 147
 148     DistanceAGL = Radius - RunwayRadius;   // Geocentric
 149
 150     hoverb = DistanceAGL/b;
 151
 152     if (Vt > 0) {
 153       hdot_Vt = RadiusDot/Vt;
 154       if (fabs(hdot_Vt) <= 1) gamma = asin(hdot_Vt);
 155     } else {
 156       gamma = 0.0;
 157     }
 158
 159     lastLatitudeDot  = LatitudeDot;
 160     lastLongitudeDot = LongitudeDot;
 161     lastRadiusDot    = RadiusDot;
 162
 163     return false;
 164
 165   } else {
 166     return true;
 167   }
 168 }
 169
 170 /******************************************************************************/
 171
 172 void FGPosition::GetState(void) {
 173   dt = State->Getdt();
 174
 175   vUVW      = Translation->GetUVW();
 176   Vt        = Translation->GetVt();
 177   vVel      = State->GetTb2l()*vUVW;
 178   vVelDot   = State->GetTb2l() * Translation->GetUVWdot();
 179
 180   b = Aircraft->GetWingSpan();
 181
 182 }
 183
 184 void FGPosition::Seth(double tt) {
 185  h=tt;
 186  Radius    = h + SeaLevelRadius;
 187  DistanceAGL = Radius - RunwayRadius;   // Geocentric
 188 }
 189
 190 void FGPosition::SetDistanceAGL(double tt) {
 191   DistanceAGL=tt;
 192   Radius = RunwayRadius + DistanceAGL;
 193   h = Radius - SeaLevelRadius;
 194 }