src/Instrumentation/gps.hxx

   1 // gps.hxx - distance-measuring equipment.
   2 // Written by David Megginson, started 2003.
   3 //
   4 // This file is in the Public Domain and comes with no warranty.
   5
   6
   7 #ifndef __INSTRUMENTS_GPS_HXX
   8 #define __INSTRUMENTS_GPS_HXX 1
   9
  10 #include <cassert>
  11 #include <memory>
  12
  13 #include <simgear/props/props.hxx>
  14 #include <simgear/structure/subsystem_mgr.hxx>
  15 #include <simgear/props/tiedpropertylist.hxx>
  16
  17 #include <Navaids/positioned.hxx>
  18 #include <Navaids/FlightPlan.hxx>
  19 #include <Instrumentation/rnav_waypt_controller.hxx>
  20
  21 #define FG_210_COMPAT 1
  22
  23 /**
  24  * Model a GPS radio.
  25  *
  26  * Input properties:
  27  *
  28  * /position/longitude-deg
  29  * /position/latitude-deg
  30  * /position/altitude-ft
  31  * /environment/magnetic-variation-deg
  32  * /systems/electrical/outputs/gps
  33  * /instrumentation/gps/serviceable
  34  *
  35  *
  36  * Output properties:
  37  *
  38  * /instrumentation/gps/indicated-longitude-deg
  39  * /instrumentation/gps/indicated-latitude-deg
  40  * /instrumentation/gps/indicated-altitude-ft
  41  * /instrumentation/gps/indicated-vertical-speed-fpm
  42  * /instrumentation/gps/indicated-track-true-deg
  43  * /instrumentation/gps/indicated-track-magnetic-deg
  44  * /instrumentation/gps/indicated-ground-speed-kt
  45  *
  46  * /instrumentation/gps/wp-distance-nm
  47  * /instrumentation/gps/wp-bearing-deg
  48  * /instrumentation/gps/wp-bearing-mag-deg
  49  * /instrumentation/gps/TTW
  50  * /instrumentation/gps/course-deviation-deg
  51  * /instrumentation/gps/course-error-nm
  52  * /instrumentation/gps/to-flag
  53  * /instrumentation/gps/odometer
  54  * /instrumentation/gps/trip-odometer
  55  * /instrumentation/gps/true-bug-error-deg
  56  * /instrumentation/gps/magnetic-bug-error-deg
  57  */
  58 class GPS : public SGSubsystem,
  59             public flightgear::RNAV,
  60             public flightgear::FlightPlan::Delegate
  61 {
  62 public:
  63     GPS (SGPropertyNode *node, bool defaultGPSMode = false);
  64     GPS ();
  65     virtual ~GPS ();
  66
  67   // SGSubsystem interface
  68     virtual void init ();
  69     virtual void reinit ();
  70     virtual void update (double delta_time_sec);
  71
  72     virtual void bind();
  73     virtual void unbind();
  74
  75   // RNAV interface
  76     virtual SGGeod position();
  77     virtual double trackDeg();
  78     virtual double groundSpeedKts();
  79     virtual double vspeedFPM();
  80     virtual double magvarDeg();
  81     virtual double selectedMagCourse();
  82     virtual double overflightDistanceM();
  83     virtual double overflightArmDistanceM();
  84     virtual double overflightArmAngleDeg();
  85     virtual SGGeod previousLegWaypointPosition(bool& isValid);
  86
  87 private:
  88     friend class SearchFilter;
  89
  90     /**
  91      * Configuration manager, track data relating to aircraft installation
  92      */
  93     class Config
  94     {
  95     public:
  96       Config();
  97
  98       void bind(GPS* aOwner, SGPropertyNode* aCfg);
  99
 100       bool turnAnticipationEnabled() const { return _enableTurnAnticipation; }
 101
 102       /**
 103        * Desired turn rate in degrees/second. From this we derive the turn
 104        * radius and hence how early we need to anticipate it.
 105        */
 106       double turnRateDegSec() const        { return _turnRate; }
 107
 108       /**
 109        * Distance at which we switch to next waypoint.
 110        */
 111       double overflightDistanceNm() const { return _overflightDistance; }
 112       /**
 113        * Distance at which we arm overflight sequencing. Once inside this
 114        * distance, a change of the wp1 'TO' flag to false will be considered
 115        * overlight of the wp.
 116        */
 117       double overflightArmDistanceNm() const { return _overflightArmDistance; }
 118       /**
 119                  * abs angle at which we arm overflight sequencing.
 120                  */
 121       double overflightArmAngleDeg() const { return _overflightArmAngle; }
 122
 123       /**
 124        * Time before the next WP to activate an external annunciator
 125        */
 126       double waypointAlertTime() const     { return _waypointAlertTime; }
 127
 128       bool requireHardSurface() const      { return _requireHardSurface; }
 129
 130       bool cdiDeflectionIsAngular() const  { return (_cdiMaxDeflectionNm <= 0.0); }
 131
 132       double cdiDeflectionLinearPeg() const
 133       {
 134         assert(_cdiMaxDeflectionNm > 0.0);
 135         return _cdiMaxDeflectionNm;
 136       }
 137
 138       bool driveAutopilot() const          { return _driveAutopilot; }
 139
 140       bool courseSelectable() const        { return _courseSelectable; }
 141
 142     private:
 143       bool _enableTurnAnticipation;
 144
 145       // desired turn rate in degrees per second
 146       double _turnRate;
 147
 148       // distance from waypoint to arm overflight sequencing (in nm)
 149       double _overflightDistance;
 150
 151       // distance from waypoint to arm overflight sequencing (in nm)
 152       double _overflightArmDistance;
 153
 154       //abs angle from course to waypoint to arm overflight sequencing (in deg)
 155       double _overflightArmAngle;
 156
 157       // time before reaching a waypoint to trigger annunciator light/sound
 158       // (in seconds)
 159       double _waypointAlertTime;
 160
 161       // should we require a hard-surfaced runway when filtering?
 162       bool _requireHardSurface;
 163
 164       double _cdiMaxDeflectionNm;
 165
 166       // should we drive the autopilot directly or not?
 167       bool _driveAutopilot;
 168
 169       // is selected-course-deg read to set desired-course or not?
 170       bool _courseSelectable;
 171     };
 172
 173     class SearchFilter : public FGPositioned::Filter
 174     {
 175     public:
 176       virtual bool pass(FGPositioned* aPos) const;
 177
 178       virtual FGPositioned::Type minType() const;
 179       virtual FGPositioned::Type maxType() const;
 180     };
 181
 182     /** reset all output properties to default / non-service values */
 183     void clearOutput();
 184
 185     void updateBasicData(double dt);
 186
 187     void updateTrackingBug();
 188     void updateRouteData();
 189     void driveAutopilot();
 190
 191     void updateTurn();
 192     void updateOverflight();
 193     void beginTurn();
 194     void endTurn();
 195
 196     double computeTurnProgress(double aBearing) const;
 197     void computeTurnData();
 198     void updateTurnData();
 199     double computeTurnRadiusNm(double aGroundSpeedKts) const;
 200
 201     /** Update one-shot things when WP1 / leg data change */
 202     void wp1Changed();
 203
 204     void clearScratch();
 205
 206     /** Predicate, determine if the lon/lat position in the scratch is
 207      * valid or not. */
 208     bool isScratchPositionValid() const;
 209     FGPositionedRef positionedFromScratch() const;
 210
 211 #if FG_210_COMPAT
 212     void setScratchFromPositioned(FGPositioned* aPos, int aIndex);
 213     void setScratchFromCachedSearchResult();
 214     void setScratchFromRouteWaypoint(int aIndex);
 215
 216     /** Add airport-specific information to a scratch result */
 217     void addAirportToScratch(FGAirport* aAirport);
 218
 219     FGPositioned::Filter* createFilter(FGPositioned::Type aTy);
 220
 221     /** Search kernel - called each time we step through a result */
 222     void performSearch();
 223
 224     // command handlers
 225     void loadRouteWaypoint();
 226     void loadNearest();
 227     void search();
 228     void nextResult();
 229     void previousResult();
 230     void defineWaypoint();
 231     void insertWaypointAtIndex(int aIndex);
 232     void removeWaypointAtIndex(int aIndex);
 233
 234     // tied-property getter/setters
 235     double getScratchDistance() const;
 236     double getScratchMagBearing() const;
 237     double getScratchTrueBearing() const;
 238     bool getScratchHasNext() const;
 239
 240 #endif
 241
 242 // command handlers
 243     void selectLegMode();
 244     void selectOBSMode(flightgear::Waypt* waypt);
 245     void directTo();
 246
 247 // tied-property getter/setters
 248     void setCommand(const char* aCmd);
 249     const char* getCommand() const { return ""; }
 250
 251     const char* getMode() const { return _mode.c_str(); }
 252     bool getScratchValid() const { return _scratchValid; }
 253
 254     double getSelectedCourse() const { return _selectedCourse; }
 255     void setSelectedCourse(double crs);
 256     double getDesiredCourse() const { return _desiredCourse; }
 257
 258     double getCDIDeflection() const;
 259
 260     double getLegDistance() const;
 261     double getLegCourse() const;
 262     double getLegMagCourse() const;
 263
 264     double getTrueTrack() const { return _last_true_track; }
 265     double getMagTrack() const;
 266     double getGroundspeedKts() const { return _last_speed_kts; }
 267     double getVerticalSpeed() const { return _last_vertical_speed; }
 268
 269     const char* getWP0Ident() const;
 270     const char* getWP0Name() const;
 271
 272     bool getWP1IValid() const;
 273     const char* getWP1Ident() const;
 274     const char* getWP1Name() const;
 275
 276     double getWP1Distance() const;
 277     double getWP1TTW() const;
 278     const char* getWP1TTWString() const;
 279     double getWP1Bearing() const;
 280     double getWP1MagBearing() const;
 281     double getWP1CourseDeviation() const;
 282     double getWP1CourseErrorNm() const;
 283     bool getWP1ToFlag() const;
 284     bool getWP1FromFlag() const;
 285
 286     // true-bearing-error and mag-bearing-error
 287
 288
 289     /**
 290      * Tied-properties helper, record nodes which are tied for easy un-tie-ing
 291      */
 292     template <typename T>
 293     void tie(SGPropertyNode* aNode, const char* aRelPath, const SGRawValue<T>& aRawValue)
 294     {
 295         _tiedProperties.Tie(aNode->getNode(aRelPath, true), aRawValue);
 296     }
 297
 298     /** helper, tie the lat/lon/elev of a SGGeod to the named children of aNode */
 299     void tieSGGeod(SGPropertyNode* aNode, SGGeod& aRef,
 300                    const char* lonStr, const char* latStr, const char* altStr);
 301
 302     /** helper, tie a SGGeod to proeprties, but read-only */
 303     void tieSGGeodReadOnly(SGPropertyNode* aNode, SGGeod& aRef,
 304                            const char* lonStr, const char* latStr, const char* altStr);
 305
 306 // FlightPlan::Delegate
 307     virtual void currentWaypointChanged();
 308     virtual void waypointsChanged();
 309     virtual void cleared();
 310     virtual void endOfFlightPlan();
 311
 312     void sequence();
 313     void routeManagerFlightPlanChanged(SGPropertyNode*);
 314     void routeActivated(SGPropertyNode*);
 315
 316 // members
 317     SGPropertyNode_ptr _gpsNode;
 318     SGPropertyNode_ptr _currentWayptNode;
 319     SGPropertyNode_ptr _magvar_node;
 320     SGPropertyNode_ptr _serviceable_node;
 321     SGPropertyNode_ptr _electrical_node;
 322     SGPropertyNode_ptr _tracking_bug_node;
 323     SGPropertyNode_ptr _raim_node;
 324
 325     SGPropertyNode_ptr _odometer_node;
 326     SGPropertyNode_ptr _trip_odometer_node;
 327     SGPropertyNode_ptr _true_bug_error_node;
 328     SGPropertyNode_ptr _magnetic_bug_error_node;
 329     SGPropertyNode_ptr _eastWestVelocity;
 330     SGPropertyNode_ptr _northSouthVelocity;
 331
 332   //  SGPropertyNode_ptr _route_active_node;
 333     SGPropertyNode_ptr _route_current_wp_node;
 334     SGPropertyNode_ptr _routeDistanceNm;
 335     SGPropertyNode_ptr _routeETE;
 336     SGPropertyNode_ptr _desiredCourseNode;
 337
 338     double _selectedCourse;
 339     double _desiredCourse;
 340
 341     bool _dataValid;
 342     SGGeod _last_pos;
 343     bool _lastPosValid;
 344     double _last_speed_kts;
 345     double _last_true_track;
 346     double _last_vertical_speed;
 347     double _lastEWVelocity;
 348     double _lastNSVelocity;
 349
 350     /**
 351      * the instrument manager creates a default instance of us,
 352      * if no explicit GPS is specific in the aircraft's instruments.xml file.
 353      * This allows default route-following to work with the generic autopilot.
 354      * This flag is set in that case, to inform us we're a 'fake' installation,
 355      * and not to worry about electrical power or similar.
 356      */
 357     bool _defaultGPSMode;
 358
 359     std::string _mode;
 360     Config _config;
 361     std::string _name;
 362     int _num;
 363
 364     SGGeod _wp0_position;
 365     SGGeod _indicated_pos;
 366     double _legDistanceNm;
 367
 368 // scratch data
 369     SGGeod _scratchPos;
 370     SGPropertyNode_ptr _scratchNode;
 371     bool _scratchValid;
 372 #if FG_210_COMPAT
 373 // search data
 374     int _searchResultIndex;
 375     std::string _searchQuery;
 376     FGPositioned::Type _searchType;
 377     bool _searchExact;
 378     FGPositionedList _searchResults;
 379     bool _searchIsRoute; ///< set if 'search' is actually the current route
 380     bool _searchHasNext; ///< is there a result after this one?
 381     bool _searchNames; ///< set if we're searching names instead of idents
 382 #endif
 383
 384 // turn data
 385     bool _computeTurnData; ///< do we need to update the turn data?
 386     bool _anticipateTurn; ///< are we anticipating the next turn or not?
 387     bool _inTurn; // is a turn in progress?
 388     bool _turnSequenced; // have we sequenced the new leg?
 389     double _turnAngle; // angle to turn through, in degrees
 390     double _turnStartBearing; // bearing of inbound leg
 391     double _turnRadius; // radius of turn in nm
 392     SGGeod _turnPt;
 393     SGGeod _turnCentre;
 394
 395     std::auto_ptr<flightgear::WayptController> _wayptController;
 396
 397     flightgear::WayptRef _prevWaypt;
 398     flightgear::WayptRef _currentWaypt;
 399
 400 // autopilot drive properties
 401     SGPropertyNode_ptr _apDrivingFlag;
 402     SGPropertyNode_ptr _apTrueHeading;
 403
 404     simgear::TiedPropertyList _tiedProperties;
 405
 406     flightgear::FlightPlanRef _route;
 407
 408     SGPropertyChangeCallback<GPS> _callbackFlightPlanChanged;
 409     SGPropertyChangeCallback<GPS> _callbackRouteActivated;
 410 };
 411
 412 #endif // __INSTRUMENTS_GPS_HXX