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