]> git.mxchange.org Git - flightgear.git/blob - src/Instrumentation/dclgps.hxx
Expand SIAP idents as found in FAA ARINC dataset to the full approach name as shown...
[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 "render_area_2d.hxx"
30 #include <string>
31 #include <list>
32 #include <vector>
33 #include <map>
34
35 #include <simgear/structure/subsystem_mgr.hxx>
36 #include <Navaids/positioned.hxx>
37
38 class SGTime;
39 class FGPositioned;
40
41 // XXX fix me
42 class FGNavRecord;
43 class FGAirport;
44 class FGFix;
45
46 enum GPSDistanceUnits {
47         GPS_DIST_UNITS_NM = 0,
48         GPS_DIST_UNITS_KM
49 };
50
51 enum GPSSpeedUnits {
52         GPS_VEL_UNITS_KT,
53         GPS_VEL_UNITS_KPH
54 };
55
56 enum GPSAltitudeUnits {
57         GPS_ALT_UNITS_FT,
58         GPS_ALT_UNITS_M
59 };
60
61 enum GPSPressureUnits {
62         GPS_PRES_UNITS_IN = 1,
63         GPS_PRES_UNITS_MB,
64         GPS_PRES_UNITS_HP
65 };
66
67 // --------------------- Waypoint / Flightplan stuff -----------------------------
68 // This should be merged with other similar stuff in FG at some point.
69
70 // NOTE - ORDERING IS IMPORTANT HERE - it matches the Bendix-King page ordering!
71 enum GPSWpType {
72         GPS_WP_APT = 0,
73         GPS_WP_VOR,
74         GPS_WP_NDB,
75         GPS_WP_INT,
76         GPS_WP_USR,
77         GPS_WP_VIRT             // Used for virtual waypoints, such as the start of DTO operation.
78 };
79
80 enum GPSAppWpType {
81         GPS_IAF,                // Initial approach fix
82         GPS_IAP,                // Waypoint on approach sequence that isn't any of the others.
83         GPS_FAF,                // Final approach fix
84         GPS_MAP,                // Missed approach point
85         GPS_MAHP,               // Initial missed approach holding point.
86     GPS_HDR,        // A virtual 'waypoint' to represent the approach header in the fpl page
87     GPS_FENCE,      // A virtual 'waypoint' to represent the NO WPT SEQ fence.
88     GPS_APP_NONE    // Not part of the approach sequence - the default.
89 };
90
91 ostream& operator << (ostream& os, GPSAppWpType type);
92
93 struct GPSWaypoint {
94     GPSWaypoint();
95   
96   GPSWaypoint(const std::string& aIdent, float lat, float lon, GPSWpType aType);
97   
98   static GPSWaypoint* createFromPositioned(const FGPositioned* aFix);
99   
100     ~GPSWaypoint();
101         string GetAprId();      // Returns the id with i, f, m or h added if appropriate. (Initial approach fix, final approach fix, etc)
102         string id;
103         float lat;      // Radians
104         float lon;      // Radians
105         GPSWpType type;
106         GPSAppWpType appType;   // only used for waypoints that are part of an approach sequence
107 };
108
109 typedef vector < GPSWaypoint* > gps_waypoint_array;
110 typedef gps_waypoint_array::iterator gps_waypoint_array_iterator;
111 typedef map < string, gps_waypoint_array > gps_waypoint_map;
112 typedef gps_waypoint_map::iterator gps_waypoint_map_iterator;
113 typedef gps_waypoint_map::const_iterator gps_waypoint_map_const_iterator;
114
115 class GPSFlightPlan {
116 public:
117         vector<GPSWaypoint*> waypoints;
118         inline bool IsEmpty() { return(waypoints.size() == 0); }
119 };
120
121 // TODO - probably de-public the internals of the next 2 classes and add some methods!
122 // Instrument approach procedure base class
123 class FGIAP {
124 public:
125         FGIAP();
126         virtual ~FGIAP() = 0;
127 //protected:
128
129         string _aptIdent;       // The ident of the airport this approach is for
130         string _ident;  // The approach ident.
131         string _name;   // The full approach name.
132         string _rwyStr; // The string used to specify the rwy - eg "B" in this instance.
133         bool _precision;        // True for precision approach, false for non-precision.
134 };
135
136 // Non-precision instrument approach procedure
137 class FGNPIAP : public FGIAP {
138 public:
139         FGNPIAP();
140         ~FGNPIAP();
141 //private:
142 public:
143         vector<GPSFlightPlan*> _approachRoutes; // The approach route(s) from the IAF(s) to the IF.
144                                                                                         // NOTE: It is an assumption in the code that uses this that there is a unique IAF per approach route.
145         vector<GPSWaypoint*> _IAP;      // The compulsory waypoints of the approach procedure (may duplicate one of the above).
146                                                                 // _IAP includes the FAF and MAF.
147         vector<GPSWaypoint*> _MAP;      // The missed approach procedure (doesn't include the MAF).
148 };
149
150 typedef vector < FGIAP* > iap_list_type;
151 typedef map < string, iap_list_type > iap_map_type;
152 typedef iap_map_type::iterator iap_map_iterator;
153
154 //      A class to encapsulate hr:min representation of time. 
155
156 class ClockTime {
157 public:
158     ClockTime();
159     ClockTime(int hr, int min);
160     ~ClockTime();
161     inline void set_hr(int hr) { _hr = hr; }
162     inline int hr() const { return(_hr); } 
163     inline void set_min(int min) { _min = min; }
164     inline int min() const { return(_min); }
165     
166     ClockTime operator+ (const ClockTime& t) {
167         int cumMin = _hr * 60 + _min + t.hr() * 60 + t.min();
168         ClockTime t2(cumMin / 60, cumMin % 60);
169         return(t2);
170     }
171     // Operator - has a max difference of 23:59,
172     // and assumes the day has wrapped if the second operand
173     // is larger that the first.
174     // eg. 2:59 - 3:00 = 23:59
175     ClockTime operator- (const ClockTime& t) {
176         int diff = (_hr * 60 + _min) - (t.hr() * 60 + t.min());
177         if(diff < 0) { diff += 24 * 60; }
178         ClockTime t2(diff / 60, diff % 60);
179         return(t2);
180     }
181     friend ostream& operator<< (ostream& out, const ClockTime& t);
182
183 private:
184     int _hr;
185     int _min;
186 };
187
188 // ------------------------------------------------------------------------------
189
190 // TODO - merge generic GPS functions instead and split out KLN specific stuff.
191 class DCLGPS : public SGSubsystem {
192         
193 public:
194         DCLGPS(RenderArea2D* instrument);
195         virtual ~DCLGPS() = 0;
196         
197         virtual void draw(osg::State& state);
198         
199         virtual void init();
200         virtual void bind();
201         virtual void unbind();
202         virtual void update(double dt);
203         
204         // Expand a SIAP ident to the full procedure name.
205         string ExpandSIAPIdent(const string& ident);
206
207         // Render string s in display field field at position x, y
208         // WHERE POSITION IS IN CHARACTER UNITS!
209         // zero y at bottom?
210         virtual void DrawText(const string& s, int field, int px, int py, bool bold = false);
211         
212         // Render a char at a given position as above
213         virtual void DrawChar(char c, int field, int px, int py, bool bold = false);
214         
215         virtual void ToggleOBSMode();
216         
217         // Set the number of fields
218         inline void SetNumFields(int n) { _nFields = (n > _maxFields ? _maxFields : (n < 1 ? 1 : n)); }
219         
220         // Set Units
221         // m if true, ft if false
222         inline void SetAltUnitsSI(bool b) { _altUnits = (b ? GPS_ALT_UNITS_M : GPS_ALT_UNITS_FT); }
223         // Returns true if alt units are SI (m), false if ft
224         inline bool GetAltUnitsSI() { return(_altUnits == GPS_ALT_UNITS_M ? true : false); }
225         // km and k/h if true, nm and kt if false
226         inline void SetDistVelUnitsSI(bool b) { _distUnits = (b ? GPS_DIST_UNITS_KM : GPS_DIST_UNITS_NM); _velUnits = (b ? GPS_VEL_UNITS_KPH : GPS_VEL_UNITS_KT); }
227         // Returns true if dist/vel units are SI
228         inline bool GetDistVelUnitsSI() { return(_distUnits == GPS_DIST_UNITS_KM && _velUnits == GPS_VEL_UNITS_KPH ? true : false); }
229         // Set baro units - 1 = in, 2 = mB, 3 = hP   Wrapping if for the convienience of the GPS setter.
230         void SetBaroUnits(int n, bool wrap = false);
231         // Get baro units: 1 = in, 2 = mB, 3 = hP
232         inline int GetBaroUnits() { return((int)_baroUnits); }
233         
234         // It is expected that specific GPS units will override these functions.
235         // Increase the CDI full-scale deflection (ie. increase the nm per dot) one (GPS unit dependent) increment.  Wraps if necessary (GPS unit dependent).
236         virtual void CDIFSDIncrease();
237         // Ditto for decrease the distance per dot
238         virtual void CDIFSDDecrease();
239         
240         // Host specifc
241         ////inline void SetOverlays(Overlays* overlays) { _overlays = overlays; }
242         
243         virtual void CreateDefaultFlightPlans();
244         
245         void SetOBSFromWaypoint();
246         
247         GPSWaypoint* GetActiveWaypoint();
248         // Get the (zero-based) position of the active waypoint in the active flightplan
249         // Returns -1 if no active waypoint.
250         int GetActiveWaypointIndex();
251         // Ditto for an arbitrary waypoint id
252         int GetWaypointIndex(const string& id);
253         
254         // Returns meters
255         float GetDistToActiveWaypoint();
256         // Returns degrees (magnetic)
257         float GetHeadingToActiveWaypoint();
258         // Returns degrees (magnetic)
259         float GetHeadingFromActiveWaypoint();
260         // Get the time to the active waypoint in seconds.
261         // Returns -1 if groundspeed < 30 kts
262         double GetTimeToActiveWaypoint();
263         // Get the time to the final waypoint in seconds.
264         // Returns -1 if groundspeed < 30 kts
265         double GetETE();
266         // Get the time to a given waypoint (spec'd by ID) in seconds.
267         // returns -1 if groundspeed is less than 30kts.
268         // If the waypoint is an unreached part of the active flight plan the time will be via each leg.
269         // otherwise it will be a direct-to time.
270         double GetTimeToWaypoint(const string& id);
271         
272         // Return true if waypoint alerting is occuring
273         inline bool GetWaypointAlert() const { return(_waypointAlert); }
274         // Return true if in OBS mode
275         inline bool GetOBSMode() const { return(_obsMode); }
276         // Return true if in Leg mode
277         inline bool GetLegMode() const { return(!_obsMode); }
278         
279         // Clear a flightplan
280         void ClearFlightPlan(int n);
281         void ClearFlightPlan(GPSFlightPlan* fp);
282         
283         // Returns true if an approach is loaded/armed/active in the active flight plan
284         inline bool ApproachLoaded() const { return(_approachLoaded); }
285         inline bool GetApproachArm() const { return(_approachArm); }
286         inline bool GetApproachActive() const { return(_approachActive); }
287         double GetCDIDeflection() const;
288         inline bool GetToFlag() const { return(_headingBugTo); }
289         
290         // Initiate Direct To operation to the supplied ID.
291         void DtoInitiate(const string& id);
292         // Cancel Direct To operation
293         void DtoCancel();
294         
295 protected:
296         // Maximum number of display fields for this device
297         int _maxFields;
298         // Current number of on-screen fields
299         int _nFields;
300         // Full x border
301         int _xBorder;
302         // Full y border
303         int _yBorder;
304         // Lower (y) border per field
305         int _yFieldBorder[4];
306         // Left (x) border per field
307         int _xFieldBorder[4];
308         // Field start in x dir (border is part of field since it is the normal char border - sometimes map mode etc draws in it)
309         int _xFieldStart[4];
310         // Field start in y dir (for completeness - KLN89 only has vertical divider.
311         int _yFieldStart[4];
312         
313         // The number of pages on the cyclic knob control
314         unsigned int _nPages;
315         // The current page we're on (Not sure how this ties in with extra pages such as direct or nearest).
316         unsigned int _curPage;
317         
318         // 2D rendering area
319         RenderArea2D* _instrument;
320         
321         // Units
322         GPSSpeedUnits _velUnits;
323         GPSDistanceUnits _distUnits;
324         GPSPressureUnits _baroUnits;
325         GPSAltitudeUnits _altUnits;
326         
327         // CDI full-scale deflection, specified either as an index into a vector of values (standard values) or as a double precision float (intermediate values).
328         // This will influence how an externally driven CDI will display as well as the NAV1 page.
329         // Hence the variables are located here, not in the nav page class.
330         vector<float> _cdiScales;
331         unsigned int _currentCdiScaleIndex;
332         bool _cdiScaleTransition;               // Set true when the floating CDI value is used during transitions
333         double _currentCdiScale;        // The floating value to use.
334         unsigned int _targetCdiScaleIndex;      // The target indexed value to attain during a transition.
335         unsigned int _sourceCdiScaleIndex;      // The source indexed value during a transition - so we know which way we're heading!
336         // Timers to handle the transitions - not sure if we need these.
337         double _apprArmTimer;
338         double _apprActvTimer;
339         double _cdiTransitionTime;      // Time for transition to occur in - normally 30sec but may be quicker if time to FAF < 30sec?
340         // 
341         
342         // Data and lookup functions
343
344
345 protected:
346         // Find first of any type of waypoint by id.  (TODO - Possibly we should return multiple waypoints here).
347   GPSWaypoint* FindFirstById(const string& id) const;
348   GPSWaypoint* FindFirstByExactId(const string& id) const;
349    
350         FGNavRecord* FindFirstVorById(const string& id, bool &multi, bool exact = false);
351         FGNavRecord* FindFirstNDBById(const string& id, bool &multi, bool exact = false);
352         const FGAirport* FindFirstAptById(const string& id, bool &multi, bool exact = false);
353         const FGFix* FindFirstIntById(const string& id, bool &multi, bool exact = false);
354         // Find the closest VOR to a position in RADIANS.
355         FGNavRecord* FindClosestVor(double lat_rad, double lon_rad);
356
357   // helper to implement the above FindFirstXXX methods
358   FGPositioned* FindTypedFirstById(const std::string& id, FGPositioned::Type ty, bool &multi, bool exact);
359
360         // Position, orientation and velocity.
361         // These should be read from FG's built-in GPS logic if possible.
362         // Use the property node pointers below to do this.
363     SGPropertyNode_ptr _lon_node;
364     SGPropertyNode_ptr _lat_node;
365     SGPropertyNode_ptr _alt_node;
366         SGPropertyNode_ptr _grnd_speed_node;
367         SGPropertyNode_ptr _true_track_node;
368         SGPropertyNode_ptr _mag_track_node;
369         // Present position. (Radians)
370         double _lat, _lon;
371         // Present altitude (ft). (Yuk! but it saves converting ft->m->ft every update).
372         double _alt;
373         // Reported position as measured by GPS.  For now this is the same
374         // as present position, but in the future we might want to model
375         // GPS lat and lon errors.
376         // Note - we can depriciate _gpsLat and _gpsLon if we implement error handling in FG
377         // gps code and not our own.
378         double _gpsLat, _gpsLon;  //(Radians)
379         // Hack - it seems that the GPS gets initialised before FG's initial position is properly set.
380         // By checking for abnormal slew in the position we can force a re-initialisation of active flight
381         // plan leg and anything else that might be affected.
382         // TODO - sort FlightGear's initialisation order properly!!!
383         double _checkLat, _checkLon;    // (Radians)
384         double _groundSpeed_ms; // filtered groundspeed (m/s)
385         double _groundSpeed_kts;        // ditto in knots
386         double _track;                  // filtered true track (degrees)
387         double _magTrackDeg;    // magnetic track in degrees calculated from true track above
388         
389         // _navFlagged is set true when GPS navigation is either not possible or not logical.
390         // This includes not receiving adequate signals, and not having an active flightplan entered.
391         bool _navFlagged;
392         
393         // Positional functions copied from ATCutils that might get replaced
394         // INPUT in RADIANS, returns DEGREES!
395         // Magnetic
396         double GetMagHeadingFromTo(double latA, double lonA, double latB, double lonB);
397         // True
398         //double GetHeadingFromTo(double latA, double lonA, double latB, double lonB);
399         
400         // Given two positions (lat & lon in RADIANS), get the HORIZONTAL separation (in meters)
401         //double GetHorizontalSeparation(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2);
402         
403         // Proper great circle positional functions from The Aviation Formulary
404         // Returns distance in Nm, input in RADIANS.
405         double GetGreatCircleDistance(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2) const;
406         
407         // Input in RADIANS, output in DEGREES.
408         // True
409         double GetGreatCircleCourse(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2) const;
410         
411         // Return a position on a radial from wp1 given distance d (nm) and magnetic heading h (degrees)
412         // Note that d should be less that 1/4 Earth diameter!
413         GPSWaypoint GetPositionOnMagRadial(const GPSWaypoint& wp1, double d, double h);
414         
415         // Return a position on a radial from wp1 given distance d (nm) and TRUE heading h (degrees)
416         // Note that d should be less that 1/4 Earth diameter!
417         GPSWaypoint GetPositionOnRadial(const GPSWaypoint& wp1, double d, double h);
418         
419         // Calculate the current cross-track deviation in nm.
420         // Returns zero if a sensible value cannot be calculated.
421         double CalcCrossTrackDeviation() const;
422         
423         // Calculate the cross-track deviation between 2 arbitrary waypoints in nm.
424         // Returns zero if a sensible value cannot be calculated.
425         double CalcCrossTrackDeviation(const GPSWaypoint& wp1, const GPSWaypoint& wp2) const;
426         
427         // Flightplans
428         // GPS can have up to _maxFlightPlans flightplans stored, PLUS an active FP which may or my not be one of the stored ones.
429         // This is from KLN89, but is probably not far off the mark for most if not all GPS.
430         vector<GPSFlightPlan*> _flightPlans;
431         unsigned int _maxFlightPlans;
432         GPSFlightPlan* _activeFP;
433         
434         // Modes of operation.
435         // This is currently somewhat Bendix-King specific, but probably applies fundamentally to other units as well
436         // Mode defaults to leg, but is OBS if _obsMode is true.
437         bool _obsMode;
438         // _dto is set true for DTO operation
439         bool _dto;
440         // 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).
441         bool _fullLegMode;
442         // In OBS mode we need to know the set OBS heading
443         int _obsHeading;
444         
445         // Operational variables
446         GPSWaypoint _activeWaypoint;
447         GPSWaypoint _fromWaypoint;
448         float _dist2Act;
449         float _crosstrackDist;  // UNITS ??????????
450         double _eta;    // ETA in SECONDS to active waypoint.
451         // Desired track for active leg, true and magnetic, in degrees
452         double _dtkTrue, _dtkMag;
453         bool _headingBugTo;             // Set true when the heading bug is TO, false when FROM.
454         bool _waypointAlert;    // Set true when waypoint alerting is happening. (This is a variable NOT a user-setting).
455         bool _departed;         // Set when groundspeed first exceeds 30kts.
456         string _departureTimeString;    // Ditto.
457         double _elapsedTime;    // Elapsed time in seconds since departure
458         ClockTime _powerOnTime;         // Time (hr:min) of unit power-up.
459         bool _powerOnTimerSet;          // Indicates that we have set the above following power-up.
460         void SetPowerOnTimer();
461 public:
462         void ResetPowerOnTimer();
463         // Set the alarm to go off at a given time.
464         inline void SetAlarm(int hr, int min) {
465                 _alarmTime.set_hr(hr);
466                 _alarmTime.set_min(min);
467                 _alarmSet = true;
468         }
469 protected:
470         ClockTime _alarmTime;
471         bool _alarmSet;
472         
473         // Configuration that affects flightplan operation
474         bool _turnAnticipationEnabled;
475         
476         // Configuration that affects general operation
477         bool _suaAlertEnabled;          // Alert user to potential SUA entry
478         bool _altAlertEnabled;          // Alert user to min safe alt violation
479         
480         // Magvar stuff.  Might get some of this stuff (such as time) from FG in future.
481         SGTime* _time;
482         
483         list<string> _messageStack;
484         
485         virtual void CreateFlightPlan(GPSFlightPlan* fp, vector<string> ids, vector<GPSWpType> wps);
486         
487         // Orientate the GPS unit to a flightplan - ie. figure out from current position
488         // and possibly orientation which leg of the FP we are on.
489         virtual void OrientateToFlightPlan(GPSFlightPlan* fp);
490         
491         // Ditto for active fp.  Probably all we need really!
492         virtual void OrientateToActiveFlightPlan();
493         
494         int _cleanUpPage;       // -1 => no cleanup required.
495         
496         // IAP stuff
497         iap_map_type _np_iap;   // Non-precision approaches
498         iap_map_type _pr_iap;   // Precision approaches
499         bool _approachLoaded;   // Set true when an approach is loaded in the active flightplan
500         bool _approachArm;              // Set true when in approach-arm mode
501         bool _approachReallyArmed;      // Apparently, approach-arm mode can be set from an external GPS-APR switch outside 30nm from airport,
502                                                                 // but the CDI scale change doesn't happen until 30nm from airport.  Bizarre that it can be armed without
503                                                                 // the scale change, but it's in the manual...
504         bool _approachActive;   // Set true when in approach-active mode
505         GPSFlightPlan* _approachFP;     // Current approach - not necessarily loaded.
506         string _approachID;             // ID of the airport we have an approach loaded for - bit of a hack that can hopefully be removed in future.
507         // More hackery since we aren't actually storing an approach class... Doh!
508         string _approachAbbrev;
509         string _approachRwyStr;
510 };
511
512 #endif  // _DCLGPS_HXX