]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blob - src/Instrumentation/dclgps.hxx
Jean Pellotier: don't show markers for invalid targets in HUD
[flightgear.git] / src / Instrumentation / dclgps.hxx
1 // dclgps.hxx - a class to extend the operation of FG's current GPS
2 // code, and provide support for a KLN89-specific instrument.  It
3 // is envisioned that eventually this file and class will be split
4 // up between current FG code and new KLN89-specific code and removed.
5 //
6 // Written by David Luff, started 2005.
7 //
8 // Copyright (C) 2005 - David C Luff:  daveluff --AT-- ntlworld --D0T-- com
9 //
10 // This program is free software; you can redistribute it and/or
11 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
12 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
13 // License, or (at your option) any later version.
14 //
15 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
16 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18 // General Public License for more details.
19 //
20 // You should have received a copy of the GNU General Public License
21 // along with this program; if not, write to the Free Software
22 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
23 //
24 // $Id$
25
26 #ifndef _DCLGPS_HXX
27 #define _DCLGPS_HXX
28
29 #include <Cockpit/render_area_2d.hxx>
30
31 #include <string>
32 #include <list>
33 #include <vector>
34 #include <map>
35
36 #include <simgear/structure/subsystem_mgr.hxx>
37 #include <simgear/props/props.hxx>
38 #include <simgear/props/tiedpropertylist.hxx>
39 #include <Navaids/positioned.hxx>
40
41 class SGTime;
42 class FGPositioned;
43
44 // XXX fix me
45 class FGNavRecord;
46 class FGAirport;
47 class FGFix;
48
49 // --------------------- Waypoint / Flightplan stuff -----------------------------
50 // This should be merged with other similar stuff in FG at some point.
51
52 // NOTE - ORDERING IS IMPORTANT HERE - it matches the Bendix-King page ordering!
53 enum GPSWpType {
54         GPS_WP_APT = 0,
55         GPS_WP_VOR,
56         GPS_WP_NDB,
57         GPS_WP_INT,
58         GPS_WP_USR,
59         GPS_WP_VIRT             // Used for virtual waypoints, such as the start of DTO operation.
60 };
61
62 enum GPSAppWpType {
63         GPS_IAF,                // Initial approach fix
64         GPS_IAP,                // Waypoint on approach sequence that isn't any of the others.
65         GPS_FAF,                // Final approach fix
66         GPS_MAP,                // Missed approach point
67         GPS_MAHP,               // Initial missed approach holding point.
68     GPS_HDR,        // A virtual 'waypoint' to represent the approach header in the fpl page
69     GPS_FENCE,      // A virtual 'waypoint' to represent the NO WPT SEQ fence.
70     GPS_APP_NONE    // Not part of the approach sequence - the default.
71 };
72
73 std::ostream& operator << (std::ostream& os, GPSAppWpType type);
74
75 struct GPSWaypoint {
76     GPSWaypoint();
77   
78   GPSWaypoint(const std::string& aIdent, float lat, float lon, GPSWpType aType);
79   
80   static GPSWaypoint* createFromPositioned(const FGPositioned* aFix);
81   
82     ~GPSWaypoint();
83   std::string GetAprId();       // Returns the id with i, f, m or h added if appropriate. (Initial approach fix, final approach fix, etc)
84   std::string id;
85         float lat;      // Radians
86         float lon;      // Radians
87         GPSWpType type;
88         GPSAppWpType appType;   // only used for waypoints that are part of an approach sequence
89 };
90
91 typedef std::vector < GPSWaypoint* > gps_waypoint_array;
92 typedef gps_waypoint_array::iterator gps_waypoint_array_iterator;
93 typedef std::map < std::string, gps_waypoint_array > gps_waypoint_map;
94 typedef gps_waypoint_map::iterator gps_waypoint_map_iterator;
95 typedef gps_waypoint_map::const_iterator gps_waypoint_map_const_iterator;
96
97 class GPSFlightPlan {
98 public:
99   std::vector<GPSWaypoint*> waypoints;
100         inline bool IsEmpty() { return(waypoints.size() == 0); }
101 };
102
103 // TODO - probably de-public the internals of the next 2 classes and add some methods!
104 // Instrument approach procedure base class
105 class FGIAP {
106 public:
107         FGIAP();
108         virtual ~FGIAP() = 0;
109 //protected:
110
111         std::string _aptIdent;  // The ident of the airport this approach is for
112         std::string _ident;     // The approach ident.
113         std::string _name;      // The full approach name.
114         std::string _rwyStr;    // The string used to specify the rwy - eg "B" in this instance.
115         bool _precision;        // True for precision approach, false for non-precision.
116 };
117
118 // Non-precision instrument approach procedure
119 class FGNPIAP : public FGIAP {
120 public:
121         FGNPIAP();
122         ~FGNPIAP();
123 //private:
124 public:
125         std::vector<GPSFlightPlan*> _approachRoutes;    // The approach route(s) from the IAF(s) to the IF.
126                                                                                         // NOTE: It is an assumption in the code that uses this that there is a unique IAF per approach route.
127         std::vector<GPSWaypoint*> _IAP; // The compulsory waypoints of the approach procedure (may duplicate one of the above).
128                                                                 // _IAP includes the FAF and MAF, and the missed approach waypoints.
129 };
130
131 typedef std::vector < FGIAP* > iap_list_type;
132 typedef std::map < std::string, iap_list_type > iap_map_type;
133 typedef iap_map_type::iterator iap_map_iterator;
134
135 //      A class to encapsulate hr:min representation of time. 
136
137 class ClockTime {
138 public:
139     ClockTime();
140     ClockTime(int hr, int min);
141     ~ClockTime();
142     inline void set_hr(int hr) { _hr = hr; }
143     inline int hr() const { return(_hr); } 
144     inline void set_min(int min) { _min = min; }
145     inline int min() const { return(_min); }
146     
147     ClockTime operator+ (const ClockTime& t) {
148         int cumMin = _hr * 60 + _min + t.hr() * 60 + t.min();
149         ClockTime t2(cumMin / 60, cumMin % 60);
150         return(t2);
151     }
152     // Operator - has a max difference of 23:59,
153     // and assumes the day has wrapped if the second operand
154     // is larger that the first.
155     // eg. 2:59 - 3:00 = 23:59
156     ClockTime operator- (const ClockTime& t) {
157         int diff = (_hr * 60 + _min) - (t.hr() * 60 + t.min());
158         if(diff < 0) { diff += 24 * 60; }
159         ClockTime t2(diff / 60, diff % 60);
160         return(t2);
161     }
162     friend std::ostream& operator<< (std::ostream& out, const ClockTime& t);
163
164 private:
165     int _hr;
166     int _min;
167 };
168
169 // ------------------------------------------------------------------------------
170
171 // TODO - merge generic GPS functions instead and split out KLN specific stuff.
172 class DCLGPS : public SGSubsystem {
173         
174 public:
175         DCLGPS(RenderArea2D* instrument);
176         virtual ~DCLGPS() = 0;
177         
178         virtual void draw(osg::State& state);
179         
180         virtual void init();
181         virtual void bind();
182         virtual void unbind();
183         virtual void update(double dt);
184         
185         // Expand a SIAP ident to the full procedure name.
186         std::string ExpandSIAPIdent(const std::string& ident);
187
188         // Render string s in display field field at position x, y
189         // WHERE POSITION IS IN CHARACTER UNITS!
190         // zero y at bottom?
191         virtual void DrawText(const std::string& s, int field, int px, int py, bool bold = false);
192         
193         // Render a char at a given position as above
194         virtual void DrawChar(char c, int field, int px, int py, bool bold = false);
195         
196         virtual void ToggleOBSMode();
197         
198         // Set the number of fields
199         inline void SetNumFields(int n) { _nFields = (n > _maxFields ? _maxFields : (n < 1 ? 1 : n)); }
200         
201         // It is expected that specific GPS units will override these functions.
202         // Increase the CDI full-scale deflection (ie. increase the nm per dot) one (GPS unit dependent) increment.  Wraps if necessary (GPS unit dependent).
203         virtual void CDIFSDIncrease();
204         // Ditto for decrease the distance per dot
205         virtual void CDIFSDDecrease();
206         
207         // Host specifc
208         ////inline void SetOverlays(Overlays* overlays) { _overlays = overlays; }
209         
210         virtual void CreateDefaultFlightPlans();
211         
212         void SetOBSFromWaypoint();
213         
214         GPSWaypoint* GetActiveWaypoint();
215         // Get the (zero-based) position of the active waypoint in the active flightplan
216         // Returns -1 if no active waypoint.
217         int GetActiveWaypointIndex();
218         // Ditto for an arbitrary waypoint id
219         int GetWaypointIndex(const std::string& id);
220         
221         // Returns meters
222         float GetDistToActiveWaypoint();
223         // Returns degrees (magnetic)
224         float GetHeadingToActiveWaypoint();
225         // Returns degrees (magnetic)
226         float GetHeadingFromActiveWaypoint();
227         // Get the time to the active waypoint in seconds.
228         // Returns -1 if groundspeed < 30 kts
229         double GetTimeToActiveWaypoint();
230         // Get the time to the final waypoint in seconds.
231         // Returns -1 if groundspeed < 30 kts
232         double GetETE();
233         // Get the time to a given waypoint (spec'd by ID) in seconds.
234         // returns -1 if groundspeed is less than 30kts.
235         // If the waypoint is an unreached part of the active flight plan the time will be via each leg.
236         // otherwise it will be a direct-to time.
237         double GetTimeToWaypoint(const std::string& id);
238         
239         // Return true if waypoint alerting is occuring
240         inline bool GetWaypointAlert() const { return(_waypointAlert); }
241         // Return true if in OBS mode
242         inline bool GetOBSMode() const { return(_obsMode); }
243         // Return true if in Leg mode
244         inline bool GetLegMode() const { return(!_obsMode); }
245         
246         // Clear a flightplan
247         void ClearFlightPlan(int n);
248         void ClearFlightPlan(GPSFlightPlan* fp);
249         
250         // Returns true if an approach is loaded/armed/active in the active flight plan
251         inline bool ApproachLoaded() const { return(_approachLoaded); }
252         inline bool GetApproachArm() const { return(_approachArm); }
253         inline bool GetApproachActive() const { return(_approachActive); }
254         double GetCDIDeflection() const;
255         inline bool GetToFlag() const { return(_headingBugTo); }
256         
257         // Initiate Direct To operation to the supplied ID.
258         virtual void DtoInitiate(const std::string& id);
259         // Cancel Direct To operation
260         void DtoCancel();
261         
262 protected:
263         // Maximum number of display fields for this device
264         int _maxFields;
265         // Current number of on-screen fields
266         int _nFields;
267         // Full x border
268         int _xBorder;
269         // Full y border
270         int _yBorder;
271         // Lower (y) border per field
272         int _yFieldBorder[4];
273         // Left (x) border per field
274         int _xFieldBorder[4];
275         // Field start in x dir (border is part of field since it is the normal char border - sometimes map mode etc draws in it)
276         int _xFieldStart[4];
277         // Field start in y dir (for completeness - KLN89 only has vertical divider.
278         int _yFieldStart[4];
279         
280         // The number of pages on the cyclic knob control
281         unsigned int _nPages;
282         // The current page we're on (Not sure how this ties in with extra pages such as direct or nearest).
283         unsigned int _curPage;
284         
285         // 2D rendering area
286         RenderArea2D* _instrument;
287         
288         // CDI full-scale deflection, specified either as an index into a vector of values (standard values) or as a double precision float (intermediate values).
289         // This will influence how an externally driven CDI will display as well as the NAV1 page.
290         // Hence the variables are located here, not in the nav page class.
291         std::vector<float> _cdiScales;
292         unsigned int _currentCdiScaleIndex;
293         bool _cdiScaleTransition;               // Set true when the floating CDI value is used during transitions
294         double _currentCdiScale;        // The floating value to use.
295         unsigned int _targetCdiScaleIndex;      // The target indexed value to attain during a transition.
296         unsigned int _sourceCdiScaleIndex;      // The source indexed value during a transition - so we know which way we're heading!
297         // Timers to handle the transitions - not sure if we need these.
298         double _apprArmTimer;
299         double _apprActvTimer;
300         double _cdiTransitionTime;      // Time for transition to occur in - normally 30sec but may be quicker if time to FAF < 30sec?
301         // 
302         
303         // Data and lookup functions
304
305
306 protected:
307         void LoadApproachData();
308
309         // Find first of any type of waypoint by id.  (TODO - Possibly we should return multiple waypoints here).
310         GPSWaypoint* FindFirstById(const std::string& id) const;
311         GPSWaypoint* FindFirstByExactId(const std::string& id) const;
312    
313         FGNavRecord* FindFirstVorById(const std::string& id, bool &multi, bool exact = false);
314         FGNavRecord* FindFirstNDBById(const std::string& id, bool &multi, bool exact = false);
315         const FGAirport* FindFirstAptById(const std::string& id, bool &multi, bool exact = false);
316         const FGFix* FindFirstIntById(const std::string& id, bool &multi, bool exact = false);
317         // Find the closest VOR to a position in RADIANS.
318         FGNavRecord* FindClosestVor(double lat_rad, double lon_rad);
319
320         // helper to implement the above FindFirstXXX methods
321         FGPositioned* FindTypedFirstById(const std::string& id, FGPositioned::Type ty, bool &multi, bool exact);
322
323         // Position, orientation and velocity.
324         // These should be read from FG's built-in GPS logic if possible.
325         // Use the property node pointers below to do this.
326     SGPropertyNode_ptr _lon_node;
327     SGPropertyNode_ptr _lat_node;
328     SGPropertyNode_ptr _alt_node;
329         SGPropertyNode_ptr _grnd_speed_node;
330         SGPropertyNode_ptr _true_track_node;
331         SGPropertyNode_ptr _mag_track_node;
332         // Present position. (Radians)
333         double _lat, _lon;
334         // Present altitude (ft). (Yuk! but it saves converting ft->m->ft every update).
335         double _alt;
336         // Reported position as measured by GPS.  For now this is the same
337         // as present position, but in the future we might want to model
338         // GPS lat and lon errors.
339         // Note - we can depriciate _gpsLat and _gpsLon if we implement error handling in FG
340         // gps code and not our own.
341         double _gpsLat, _gpsLon;  //(Radians)
342         // Hack - it seems that the GPS gets initialised before FG's initial position is properly set.
343         // By checking for abnormal slew in the position we can force a re-initialisation of active flight
344         // plan leg and anything else that might be affected.
345         // TODO - sort FlightGear's initialisation order properly!!!
346         double _checkLat, _checkLon;    // (Radians)
347         double _groundSpeed_ms; // filtered groundspeed (m/s)
348         double _groundSpeed_kts;        // ditto in knots
349         double _track;                  // filtered true track (degrees)
350         double _magTrackDeg;    // magnetic track in degrees calculated from true track above
351         
352         // _navFlagged is set true when GPS navigation is either not possible or not logical.
353         // This includes not receiving adequate signals, and not having an active flightplan entered.
354         bool _navFlagged;
355         
356         // Positional functions copied from ATCutils that might get replaced
357         // INPUT in RADIANS, returns DEGREES!
358         // Magnetic
359         double GetMagHeadingFromTo(double latA, double lonA, double latB, double lonB);
360         // True
361         //double GetHeadingFromTo(double latA, double lonA, double latB, double lonB);
362         
363         // Given two positions (lat & lon in RADIANS), get the HORIZONTAL separation (in meters)
364         //double GetHorizontalSeparation(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2);
365         
366         // Proper great circle positional functions from The Aviation Formulary
367         // Returns distance in Nm, input in RADIANS.
368         double GetGreatCircleDistance(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2) const;
369         
370         // Input in RADIANS, output in DEGREES.
371         // True
372         double GetGreatCircleCourse(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2) const;
373         
374         // Return a position on a radial from wp1 given distance d (nm) and magnetic heading h (degrees)
375         // Note that d should be less that 1/4 Earth diameter!
376         GPSWaypoint GetPositionOnMagRadial(const GPSWaypoint& wp1, double d, double h);
377         
378         // Return a position on a radial from wp1 given distance d (nm) and TRUE heading h (degrees)
379         // Note that d should be less that 1/4 Earth diameter!
380         GPSWaypoint GetPositionOnRadial(const GPSWaypoint& wp1, double d, double h);
381         
382         // Calculate the current cross-track deviation in nm.
383         // Returns zero if a sensible value cannot be calculated.
384         double CalcCrossTrackDeviation() const;
385         
386         // Calculate the cross-track deviation between 2 arbitrary waypoints in nm.
387         // Returns zero if a sensible value cannot be calculated.
388         double CalcCrossTrackDeviation(const GPSWaypoint& wp1, const GPSWaypoint& wp2) const;
389         
390         // Flightplans
391         // GPS can have up to _maxFlightPlans flightplans stored, PLUS an active FP which may or my not be one of the stored ones.
392         // This is from KLN89, but is probably not far off the mark for most if not all GPS.
393         std::vector<GPSFlightPlan*> _flightPlans;
394         unsigned int _maxFlightPlans;
395         GPSFlightPlan* _activeFP;
396         
397         // Modes of operation.
398         // This is currently somewhat Bendix-King specific, but probably applies fundamentally to other units as well
399         // Mode defaults to leg, but is OBS if _obsMode is true.
400         bool _obsMode;
401         // _dto is set true for DTO operation
402         bool _dto;
403         // In leg mode, we need to know if we are displaying a from and to waypoint, or just the to waypoint (eg. when OBS mode is cancelled).
404         bool _fullLegMode;
405         // In OBS mode we need to know the set OBS heading
406         int _obsHeading;
407         
408         // Operational variables
409         GPSWaypoint _activeWaypoint;
410         GPSWaypoint _fromWaypoint;
411         float _dist2Act;
412         float _crosstrackDist;  // UNITS ??????????
413         double _eta;    // ETA in SECONDS to active waypoint.
414         // Desired track for active leg, true and magnetic, in degrees
415         double _dtkTrue, _dtkMag;
416         bool _headingBugTo;             // Set true when the heading bug is TO, false when FROM.
417         bool _waypointAlert;    // Set true when waypoint alerting is happening. (This is a variable NOT a user-setting).
418         bool _departed;         // Set when groundspeed first exceeds 30kts.
419         std::string _departureTimeString;       // Ditto.
420         double _elapsedTime;    // Elapsed time in seconds since departure
421         ClockTime _powerOnTime;         // Time (hr:min) of unit power-up.
422         bool _powerOnTimerSet;          // Indicates that we have set the above following power-up.
423         void SetPowerOnTimer();
424 public:
425         void ResetPowerOnTimer();
426         // Set the alarm to go off at a given time.
427         inline void SetAlarm(int hr, int min) {
428                 _alarmTime.set_hr(hr);
429                 _alarmTime.set_min(min);
430                 _alarmSet = true;
431         }
432 protected:
433         ClockTime _alarmTime;
434         bool _alarmSet;
435         
436         // Configuration that affects flightplan operation
437         bool _turnAnticipationEnabled;
438
439         std::list<std::string> _messageStack;
440
441         virtual void CreateFlightPlan(GPSFlightPlan* fp, std::vector<std::string> ids, std::vector<GPSWpType> wps);
442         
443         // Orientate the GPS unit to a flightplan - ie. figure out from current position
444         // and possibly orientation which leg of the FP we are on.
445         virtual void OrientateToFlightPlan(GPSFlightPlan* fp);
446         
447         // Ditto for active fp.  Probably all we need really!
448         virtual void OrientateToActiveFlightPlan();
449         
450         int _cleanUpPage;       // -1 => no cleanup required.
451         
452         // IAP stuff
453         iap_map_type _np_iap;   // Non-precision approaches
454         iap_map_type _pr_iap;   // Precision approaches
455         bool _approachLoaded;   // Set true when an approach is loaded in the active flightplan
456         bool _approachArm;              // Set true when in approach-arm mode
457         bool _approachReallyArmed;      // Apparently, approach-arm mode can be set from an external GPS-APR switch outside 30nm from airport,
458                                                                 // but the CDI scale change doesn't happen until 30nm from airport.  Bizarre that it can be armed without
459                                                                 // the scale change, but it's in the manual...
460         bool _approachActive;   // Set true when in approach-active mode
461         GPSFlightPlan* _approachFP;     // Current approach - not necessarily loaded.
462         std::string _approachID;                // ID of the airport we have an approach loaded for - bit of a hack that can hopefully be removed in future.
463         // More hackery since we aren't actually storing an approach class... Doh!
464         std::string _approachAbbrev;
465         std::string _approachRwyStr;
466 private:
467         simgear::TiedPropertyList _tiedProperties;
468 };
469
470 #endif  // _DCLGPS_HXX