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