src/Instrumentation/navradio.cxx

   1 // navradio.cxx -- class to manage a nav radio instance
   2 //
   3 // Written by Curtis Olson, started April 2000.
   4 //
   5 // Copyright (C) 2000 - 2002  Curtis L. Olson - http://www.flightgear.org/~curt
   6 //
   7 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   8 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  10 // License, or (at your option) any later version.
  11 //
  12 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15 // General Public License for more details.
  16 //
  17 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 // along with this program; if not, write to the Free Software
  19 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  20 //
  21 // $Id$
  22
  23
  24 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  25 #  include <config.h>
  26 #endif
  27
  28 #include "navradio.hxx"
  29
  30 #include <sstream>
  31
  32 #include <simgear/sg_inlines.h>
  33 #include <simgear/timing/sg_time.hxx>
  34 #include <simgear/math/vector.hxx>
  35 #include <simgear/math/sg_random.h>
  36 #include <simgear/misc/sg_path.hxx>
  37 #include <simgear/math/sg_geodesy.hxx>
  38 #include <simgear/structure/exception.hxx>
  39 #include <simgear/math/interpolater.hxx>
  40
  41 #include <Navaids/navrecord.hxx>
  42
  43 #include <Airports/runways.hxx>
  44 #include <Navaids/navlist.hxx>
  45 #include <Main/util.hxx>
  46
  47
  48 using std::string;
  49
  50 // General-purpose sawtooth function.  Graph looks like this:
  51 //         /\                                    .
  52 //       \/
  53 // Odd symmetry, inversion symmetry about the origin.
  54 // Unit slope at the origin.
  55 // Max 1, min -1, period 4.
  56 // Two zero-crossings per period, one with + slope, one with - slope.
  57 // Useful for false localizer courses.
  58 static double sawtooth(double xx)
  59 {
  60   return 4.0 * fabs(xx/4.0 + 0.25 - floor(xx/4.0 + 0.75)) - 1.0;
  61 }
  62
  63 // Calculate a unit vector in the horizontal tangent plane
  64 // starting at the given "tail" of the vector and going off
  65 // with the given heading.
  66 static SGVec3d tangentVector(const SGGeod& tail, const SGVec3d& tail_xyz,
  67           const double heading)
  68 {
  69 // The fudge factor here is presumably intended to improve
  70 // numerical stability.  I don't know if it is necessary.
  71 // It gets divided out later.
  72   double fudge(100.0);
  73   SGGeod head;
  74   double az2; // ignored
  75   SGGeodesy::direct(tail, heading, fudge, head, az2);
  76   head.setElevationM(tail.getElevationM());
  77   SGVec3d head_xyz = SGVec3d::fromGeod(head);
  78   return (head_xyz - tail_xyz) * (1.0/fudge);
  79 }
  80
  81 // Create a "serviceable" node with a default value of "true"
  82 SGPropertyNode_ptr createServiceableProp(SGPropertyNode* aParent, const char* aName)
  83 {
  84   SGPropertyNode_ptr n = (aParent->getChild(aName, 0, true)->getChild("serviceable", 0, true));
  85   simgear::props::Type typ = n->getType();
  86   if ((typ == simgear::props::NONE) || (typ == simgear::props::UNSPECIFIED)) {
  87     n->setBoolValue(true);
  88   }
  89   return n;
  90 }
  91
  92 // Constructor
  93 FGNavRadio::FGNavRadio(SGPropertyNode *node) :
  94     lon_node(fgGetNode("/position/longitude-deg", true)),
  95     lat_node(fgGetNode("/position/latitude-deg", true)),
  96     alt_node(fgGetNode("/position/altitude-ft", true)),
  97     play_count(0),
  98     last_time(0),
  99     target_radial(0.0),
 100     horiz_vel(0.0),
 101     last_x(0.0),
 102     last_loc_dist(0.0),
 103     last_xtrack_error(0.0),
 104     xrate_ms(0.0),
 105     _localizerWidth(5.0),
 106     _name(node->getStringValue("name", "nav")),
 107     _num(node->getIntValue("number", 0)),
 108     _time_before_search_sec(-1.0),
 109     _sgr(NULL)
 110 {
 111     SGPath path( globals->get_fg_root() );
 112     SGPath term = path;
 113     term.append( "Navaids/range.term" );
 114     SGPath low = path;
 115     low.append( "Navaids/range.low" );
 116     SGPath high = path;
 117     high.append( "Navaids/range.high" );
 118
 119     term_tbl = new SGInterpTable( term.str() );
 120     low_tbl = new SGInterpTable( low.str() );
 121     high_tbl = new SGInterpTable( high.str() );
 122
 123
 124     string branch("/instrumentation/" + _name);
 125     _radio_node = fgGetNode(branch.c_str(), _num, true);
 126 }
 127
 128
 129 // Destructor
 130 FGNavRadio::~FGNavRadio()
 131 {
 132     delete term_tbl;
 133     delete low_tbl;
 134     delete high_tbl;
 135 }
 136
 137
 138 void
 139 FGNavRadio::init ()
 140 {
 141     SGSoundMgr *smgr = globals->get_soundmgr();
 142     _sgr = smgr->find("avionics", true);
 143     _sgr->tie_to_listener();
 144
 145     morse.init();
 146
 147     SGPropertyNode* node = _radio_node.get();
 148     bus_power_node =
 149         fgGetNode(("/systems/electrical/outputs/" + _name).c_str(), true);
 150
 151     // inputs
 152     is_valid_node = node->getChild("data-is-valid", 0, true);
 153     power_btn_node = node->getChild("power-btn", 0, true);
 154     power_btn_node->setBoolValue( true );
 155     vol_btn_node = node->getChild("volume", 0, true);
 156     ident_btn_node = node->getChild("ident", 0, true);
 157     ident_btn_node->setBoolValue( true );
 158     audio_btn_node = node->getChild("audio-btn", 0, true);
 159     audio_btn_node->setBoolValue( true );
 160     backcourse_node = node->getChild("back-course-btn", 0, true);
 161     backcourse_node->setBoolValue( false );
 162
 163     nav_serviceable_node = node->getChild("serviceable", 0, true);
 164     cdi_serviceable_node = createServiceableProp(node, "cdi");
 165     gs_serviceable_node = createServiceableProp(node, "gs");
 166     tofrom_serviceable_node = createServiceableProp(node, "to-from");
 167     dme_serviceable_node = createServiceableProp(node, "dme");
 168
 169     falseCoursesEnabledNode =
 170       fgGetNode("/sim/realism/false-radio-courses-enabled");
 171     if (!falseCoursesEnabledNode) {
 172       falseCoursesEnabledNode =
 173         fgGetNode("/sim/realism/false-radio-courses-enabled", true);
 174       falseCoursesEnabledNode->setBoolValue(true);
 175     }
 176
 177     // frequencies
 178     SGPropertyNode *subnode = node->getChild("frequencies", 0, true);
 179     freq_node = subnode->getChild("selected-mhz", 0, true);
 180     alt_freq_node = subnode->getChild("standby-mhz", 0, true);
 181     fmt_freq_node = subnode->getChild("selected-mhz-fmt", 0, true);
 182     fmt_alt_freq_node = subnode->getChild("standby-mhz-fmt", 0, true);
 183
 184     // radials
 185     subnode = node->getChild("radials", 0, true);
 186     sel_radial_node = subnode->getChild("selected-deg", 0, true);
 187     radial_node = subnode->getChild("actual-deg", 0, true);
 188     recip_radial_node = subnode->getChild("reciprocal-radial-deg", 0, true);
 189     target_radial_true_node = subnode->getChild("target-radial-deg", 0, true);
 190     target_auto_hdg_node = subnode->getChild("target-auto-hdg-deg", 0, true);
 191
 192     // outputs
 193     heading_node = node->getChild("heading-deg", 0, true);
 194     time_to_intercept = node->getChild("time-to-intercept-sec", 0, true);
 195     to_flag_node = node->getChild("to-flag", 0, true);
 196     from_flag_node = node->getChild("from-flag", 0, true);
 197     inrange_node = node->getChild("in-range", 0, true);
 198     signal_quality_norm_node = node->getChild("signal-quality-norm", 0, true);
 199     cdi_deflection_node = node->getChild("heading-needle-deflection", 0, true);
 200     cdi_deflection_norm_node = node->getChild("heading-needle-deflection-norm", 0, true);
 201     cdi_xtrack_error_node = node->getChild("crosstrack-error-m", 0, true);
 202     cdi_xtrack_hdg_err_node
 203         = node->getChild("crosstrack-heading-error-deg", 0, true);
 204     has_gs_node = node->getChild("has-gs", 0, true);
 205     loc_node = node->getChild("nav-loc", 0, true);
 206     loc_dist_node = node->getChild("nav-distance", 0, true);
 207     gs_deflection_node = node->getChild("gs-needle-deflection", 0, true);
 208     gs_deflection_deg_node = node->getChild("gs-needle-deflection-deg", 0, true);
 209     gs_deflection_norm_node = node->getChild("gs-needle-deflection-norm", 0, true);
 210     gs_rate_of_climb_node = node->getChild("gs-rate-of-climb", 0, true);
 211     gs_rate_of_climb_fpm_node = node->getChild("gs-rate-of-climb-fpm", 0, true);
 212     gs_dist_node = node->getChild("gs-distance", 0, true);
 213     gs_inrange_node = node->getChild("gs-in-range", 0, true);
 214
 215     nav_id_node = node->getChild("nav-id", 0, true);
 216     id_c1_node = node->getChild("nav-id_asc1", 0, true);
 217     id_c2_node = node->getChild("nav-id_asc2", 0, true);
 218     id_c3_node = node->getChild("nav-id_asc3", 0, true);
 219     id_c4_node = node->getChild("nav-id_asc4", 0, true);
 220
 221     // gps slaving support
 222     nav_slaved_to_gps_node = node->getChild("slaved-to-gps", 0, true);
 223     gps_cdi_deflection_node = fgGetNode("/instrumentation/gps/cdi-deflection", true);
 224     gps_to_flag_node = fgGetNode("/instrumentation/gps/to-flag", true);
 225     gps_from_flag_node = fgGetNode("/instrumentation/gps/from-flag", true);
 226     gps_has_gs_node = fgGetNode("/instrumentation/gps/has-gs", true);
 227     gps_course_node = fgGetNode("/instrumentation/gps/selected-course-deg", true);
 228     gps_xtrack_error_nm_node = fgGetNode("/instrumentation/gps/wp/wp[1]/course-error-nm", true);
 229     _magvarNode = fgGetNode("/environment/magnetic-variation-deg", true);
 230
 231     std::ostringstream temp;
 232     temp << _name << "nav-ident" << _num;
 233     nav_fx_name = temp.str();
 234     temp << _name << "dme-ident" << _num;
 235     dme_fx_name = temp.str();
 236 }
 237
 238 void
 239 FGNavRadio::bind ()
 240 {
 241   tie("dme-in-range", SGRawValuePointer<bool>(&_dmeInRange));
 242   tie("operable", SGRawValueMethods<FGNavRadio, bool>(*this, &FGNavRadio::isOperable, NULL));
 243 }
 244
 245
 246 void
 247 FGNavRadio::unbind ()
 248 {
 249   for (unsigned int t=0; t<_tiedNodes.size(); ++t) {
 250     _tiedNodes[t]->untie();
 251   }
 252   _tiedNodes.clear();
 253 }
 254
 255
 256 // model standard VOR/DME/TACAN service volumes as per AIM 1-1-8
 257 double FGNavRadio::adjustNavRange( double stationElev, double aircraftElev,
 258                                  double nominalRange )
 259 {
 260     if (nominalRange <= 0.0) {
 261       nominalRange = FG_NAV_DEFAULT_RANGE;
 262     }
 263
 264     // extend out actual usable range to be 1.3x the published safe range
 265     const double usability_factor = 1.3;
 266
 267     // assumptions we model the standard service volume, plus
 268     // ... rather than specifying a cylinder, we model a cone that
 269     // contains the cylinder.  Then we put an upside down cone on top
 270     // to model diminishing returns at too-high altitudes.
 271
 272     // altitude difference
 273     double alt = ( aircraftElev * SG_METER_TO_FEET - stationElev );
 274     // cout << "aircraft elev = " << aircraftElev * SG_METER_TO_FEET
 275     //      << " station elev = " << stationElev << endl;
 276
 277     if ( nominalRange < 25.0 + SG_EPSILON ) {
 278         // Standard Terminal Service Volume
 279         return term_tbl->interpolate( alt ) * usability_factor;
 280     } else if ( nominalRange < 50.0 + SG_EPSILON ) {
 281         // Standard Low Altitude Service Volume
 282         // table is based on range of 40, scale to actual range
 283         return low_tbl->interpolate( alt ) * nominalRange / 40.0
 284             * usability_factor;
 285     } else {
 286         // Standard High Altitude Service Volume
 287         // table is based on range of 130, scale to actual range
 288         return high_tbl->interpolate( alt ) * nominalRange / 130.0
 289             * usability_factor;
 290     }
 291 }
 292
 293
 294 // model standard ILS service volumes as per AIM 1-1-9
 295 double FGNavRadio::adjustILSRange( double stationElev, double aircraftElev,
 296                                  double offsetDegrees, double distance )
 297 {
 298     // assumptions we model the standard service volume, plus
 299
 300     // altitude difference
 301     // double alt = ( aircraftElev * SG_METER_TO_FEET - stationElev );
 302 //     double offset = fabs( offsetDegrees );
 303
 304 //     if ( offset < 10 ) {
 305 //      return FG_ILS_DEFAULT_RANGE;
 306 //     } else if ( offset < 35 ) {
 307 //      return 10 + (35 - offset) * (FG_ILS_DEFAULT_RANGE - 10) / 25;
 308 //     } else if ( offset < 45 ) {
 309 //      return (45 - offset);
 310 //     } else if ( offset > 170 ) {
 311 //         return FG_ILS_DEFAULT_RANGE;
 312 //     } else if ( offset > 145 ) {
 313 //      return 10 + (offset - 145) * (FG_ILS_DEFAULT_RANGE - 10) / 25;
 314 //     } else if ( offset > 135 ) {
 315 //         return (offset - 135);
 316 //     } else {
 317 //      return 0;
 318 //     }
 319     return FG_LOC_DEFAULT_RANGE;
 320 }
 321
 322
 323 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 324 // Update the various nav values based on position and valid tuned in navs
 325 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 326 void
 327 FGNavRadio::update(double dt)
 328 {
 329   if (dt <= 0.0) {
 330     return; // paused
 331   }
 332
 333   // Create "formatted" versions of the nav frequencies for
 334   // instrument displays.
 335   char tmp[16];
 336   sprintf( tmp, "%.2f", freq_node->getDoubleValue() );
 337   fmt_freq_node->setStringValue(tmp);
 338   sprintf( tmp, "%.2f", alt_freq_node->getDoubleValue() );
 339   fmt_alt_freq_node->setStringValue(tmp);
 340
 341   if (power_btn_node->getBoolValue()
 342       && (bus_power_node->getDoubleValue() > 1.0)
 343       && nav_serviceable_node->getBoolValue() )
 344   {
 345     _operable = true;
 346     if (nav_slaved_to_gps_node->getBoolValue()) {
 347       updateGPSSlaved();
 348     } else {
 349       updateReceiver(dt);
 350     }
 351
 352     updateCDI(dt);
 353   } else {
 354     clearOutputs();
 355   }
 356
 357   updateAudio();
 358 }
 359
 360 void FGNavRadio::clearOutputs()
 361 {
 362   inrange_node->setBoolValue( false );
 363   cdi_deflection_node->setDoubleValue( 0.0 );
 364   cdi_deflection_norm_node->setDoubleValue( 0.0 );
 365   cdi_xtrack_error_node->setDoubleValue( 0.0 );
 366   cdi_xtrack_hdg_err_node->setDoubleValue( 0.0 );
 367   time_to_intercept->setDoubleValue( 0.0 );
 368   gs_deflection_node->setDoubleValue( 0.0 );
 369   gs_deflection_deg_node->setDoubleValue(0.0);
 370   gs_deflection_norm_node->setDoubleValue(0.0);
 371   gs_inrange_node->setBoolValue( false );
 372   loc_node->setBoolValue( false );
 373   has_gs_node->setBoolValue(false);
 374
 375   to_flag_node->setBoolValue( false );
 376   from_flag_node->setBoolValue( false );
 377
 378   _dmeInRange = false;
 379   _operable = false;
 380 }
 381
 382 void FGNavRadio::updateReceiver(double dt)
 383 {
 384   // Do a nav station search only once a second to reduce
 385   // unnecessary work. (Also, make sure to do this before caching
 386   // any values!)
 387   _time_before_search_sec -= dt;
 388   if ( _time_before_search_sec < 0 ) {
 389    search();
 390   }
 391
 392   if (!_navaid) {
 393     _cdiDeflection = 0.0;
 394     _cdiCrossTrackErrorM = 0.0;
 395     _toFlag = _fromFlag = false;
 396     _gsNeedleDeflection = 0.0;
 397     _gsNeedleDeflectionNorm = 0.0;
 398     inrange_node->setBoolValue(false);
 399     return;
 400   }
 401
 402   SGGeod pos = SGGeod::fromDegFt(lon_node->getDoubleValue(),
 403                                lat_node->getDoubleValue(),
 404                                alt_node->getDoubleValue());
 405
 406   double nav_elev = _navaid->get_elev_ft();
 407   SGVec3d aircraft = SGVec3d::fromGeod(pos);
 408   double loc_dist = dist(aircraft, _navaid->cart());
 409   loc_dist_node->setDoubleValue( loc_dist );
 410   bool is_loc = loc_node->getBoolValue();
 411   double signal_quality_norm = signal_quality_norm_node->getDoubleValue();
 412
 413   double az2, s;
 414   //////////////////////////////////////////////////////////
 415         // compute forward and reverse wgs84 headings to localizer
 416   //////////////////////////////////////////////////////////
 417   double hdg;
 418   SGGeodesy::inverse(pos, _navaid->geod(), hdg, az2, s);
 419   heading_node->setDoubleValue(hdg);
 420   double radial = az2 - twist;
 421   double recip = radial + 180.0;
 422   SG_NORMALIZE_RANGE(recip, 0.0, 360.0);
 423   radial_node->setDoubleValue( radial );
 424   recip_radial_node->setDoubleValue( recip );
 425
 426   //////////////////////////////////////////////////////////
 427   // compute the target/selected radial in "true" heading
 428   //////////////////////////////////////////////////////////
 429   if (!is_loc) {
 430     target_radial = sel_radial_node->getDoubleValue();
 431   }
 432
 433   // VORs need twist (mag-var) added; ILS/LOCs don't but we set twist to 0.0
 434   double trtrue = target_radial + twist;
 435   SG_NORMALIZE_RANGE(trtrue, 0.0, 360.0);
 436   target_radial_true_node->setDoubleValue( trtrue );
 437
 438   //////////////////////////////////////////////////////////
 439   // adjust reception range for altitude
 440   // FIXME: make sure we are using the navdata range now that
 441   //        it is valid in the data file
 442   //////////////////////////////////////////////////////////
 443         if ( is_loc ) {
 444             double offset = radial - target_radial;
 445       SG_NORMALIZE_RANGE(offset, -180.0, 180.0);
 446             effective_range
 447                 = adjustILSRange( nav_elev, pos.getElevationM(), offset,
 448                                   loc_dist * SG_METER_TO_NM );
 449         } else {
 450             effective_range
 451                 = adjustNavRange( nav_elev, pos.getElevationM(), _navaid->get_range() );
 452         }
 453
 454   double effective_range_m = effective_range * SG_NM_TO_METER;
 455
 456   //////////////////////////////////////////////////////////
 457   // compute signal quality
 458   // 100% within effective_range
 459   // decreases 1/x^2 further out
 460   //////////////////////////////////////////////////////////
 461   double last_signal_quality_norm = signal_quality_norm;
 462
 463   if ( loc_dist < effective_range_m ) {
 464     signal_quality_norm = 1.0;
 465   } else {
 466     double range_exceed_norm = loc_dist/effective_range_m;
 467     signal_quality_norm = 1/(range_exceed_norm*range_exceed_norm);
 468   }
 469
 470   signal_quality_norm = fgGetLowPass( last_signal_quality_norm,
 471            signal_quality_norm, dt );
 472
 473   signal_quality_norm_node->setDoubleValue( signal_quality_norm );
 474   bool inrange = signal_quality_norm > 0.2;
 475   inrange_node->setBoolValue( inrange );
 476
 477   //////////////////////////////////////////////////////////
 478   // compute to/from flag status
 479   //////////////////////////////////////////////////////////
 480   if (inrange) {
 481     if (is_loc) {
 482       _toFlag = true;
 483     } else {
 484       double offset = fabs(radial - target_radial);
 485       _toFlag = (offset > 90.0 && offset < 270.0);
 486     }
 487     _fromFlag = !_toFlag;
 488   } else {
 489     _toFlag = _fromFlag = false;
 490   }
 491
 492   // CDI deflection
 493   double r = target_radial - radial;
 494   SG_NORMALIZE_RANGE(r, -180.0, 180.0);
 495
 496   if ( is_loc ) {
 497     if (falseCoursesEnabledNode->getBoolValue()) {
 498       // The factor of 30.0 gives a period of 120 which gives us 3 cycles and six
 499       // zeros i.e. six courses: one front course, one back course, and four
 500       // false courses. Three of the six are reverse sensing.
 501       _cdiDeflection = 30.0 * sawtooth(r / 30.0);
 502     } else {
 503       // no false courses, but we do need to create a back course
 504       if (fabs(r) > 90.0) { // front course
 505         _cdiDeflection = r - copysign(180.0, r);
 506       } else {
 507         _cdiDeflection = r; // back course
 508       }
 509
 510       _cdiDeflection = -_cdiDeflection; // reverse for outbound radial
 511     } // of false courses disabled
 512
 513     const double VOR_FULL_ARC = 20.0; // VOR is -10 .. 10 degree swing
 514     _cdiDeflection *= VOR_FULL_ARC / _localizerWidth; // increased localiser sensitivity
 515
 516     if (backcourse_node->getBoolValue()) {
 517       _cdiDeflection = -_cdiDeflection;
 518     }
 519   } else {
 520     // handle the TO side of the VOR
 521     if (fabs(r) > 90.0) {
 522       r = ( r<0.0 ? -r-180.0 : -r+180.0 );
 523     }
 524     _cdiDeflection = r;
 525   } // of non-localiser case
 526
 527   SG_CLAMP_RANGE(_cdiDeflection, -10.0, 10.0 );
 528   _cdiDeflection *= signal_quality_norm;
 529
 530   // cross-track error (in metres)
 531   _cdiCrossTrackErrorM = loc_dist * sin(r * SGD_DEGREES_TO_RADIANS);
 532
 533   updateGlideSlope(dt, aircraft, signal_quality_norm);
 534   updateDME(aircraft);
 535
 536   last_loc_dist = loc_dist;
 537 }
 538
 539 void FGNavRadio::updateGlideSlope(double dt, const SGVec3d& aircraft, double signal_quality_norm)
 540 {
 541   _gsNeedleDeflection = 0.0;
 542   if (!_gs || !inrange_node->getBoolValue()) {
 543     gs_dist_node->setDoubleValue( 0.0 );
 544     gs_inrange_node->setBoolValue(false);
 545     _gsNeedleDeflection = 0.0;
 546     _gsNeedleDeflectionNorm = 0.0;
 547     return;
 548   }
 549
 550   double gsDist = dist(aircraft, _gsCart);
 551   gs_dist_node->setDoubleValue(gsDist);
 552   bool gsInRange = (gsDist < (_gs->get_range() * SG_NM_TO_METER));
 553   gs_inrange_node->setBoolValue(gsInRange);
 554
 555   if (!gsInRange) {
 556     _gsNeedleDeflection = 0.0;
 557     _gsNeedleDeflectionNorm = 0.0;
 558     return;
 559   }
 560
 561   SGVec3d pos = aircraft - _gsCart; // relative vector from gs antenna to aircraft
 562   // The positive GS axis points along the runway in the landing direction,
 563   // toward the far end, not toward the approach area, so we need a - sign here:
 564   double dot_h = -dot(pos, _gsAxis);
 565   double dot_v = dot(pos, _gsVertical);
 566   double angle = atan2(dot_v, dot_h) * SGD_RADIANS_TO_DEGREES;
 567   double deflectionAngle = target_gs - angle;
 568
 569   if (falseCoursesEnabledNode->getBoolValue()) {
 570     // Construct false glideslopes.  The scale factor of 1.5
 571     // in the sawtooth gives a period of 6 degrees.
 572     // There will be zeros at 3, 6r, 9, 12r et cetera
 573     // where "r" indicates reverse sensing.
 574     // This is is consistent with conventional pilot lore
 575     // e.g. http://www.allstar.fiu.edu/aerojava/ILS.htm
 576     // but inconsistent with
 577     // http://www.freepatentsonline.com/3757338.html
 578     //
 579     // It may be that some of each exist.
 580     if (deflectionAngle < 0) {
 581       deflectionAngle = 1.5 * sawtooth(deflectionAngle / 1.5);
 582     } else {
 583       // no false GS below the true GS
 584     }
 585   }
 586
 587   _gsNeedleDeflection = deflectionAngle * 5.0;
 588   _gsNeedleDeflection *= signal_quality_norm;
 589
 590   SG_CLAMP_RANGE(deflectionAngle, -0.7, 0.7);
 591   _gsNeedleDeflectionNorm = (deflectionAngle / 0.7) * signal_quality_norm;
 592
 593   //////////////////////////////////////////////////////////
 594   // Calculate desired rate of climb for intercepting the GS
 595   //////////////////////////////////////////////////////////
 596   double gs_diff = target_gs - angle;
 597   // convert desired vertical path angle into a climb rate
 598   double des_angle = angle - 10 * gs_diff;
 599   /* printf("target_gs=%.1f angle=%.1f gs_diff=%.1f des_angle=%.1f\n",
 600      target_gs, angle, gs_diff, des_angle); */
 601
 602   // estimate horizontal speed towards ILS in meters per minute
 603   double elapsedDistance = last_x - gsDist;
 604   last_x = gsDist;
 605
 606   double new_vel = ( elapsedDistance / dt );
 607   horiz_vel = 0.99 * horiz_vel + 0.01 * new_vel;
 608   /* printf("vel=%.1f (dist=%.1f dt=%.2f)\n", horiz_vel, elapsedDistance, dt);*/
 609
 610   gs_rate_of_climb_node
 611       ->setDoubleValue( -sin( des_angle * SGD_DEGREES_TO_RADIANS )
 612                         * horiz_vel * SG_METER_TO_FEET );
 613   gs_rate_of_climb_fpm_node
 614       ->setDoubleValue( gs_rate_of_climb_node->getDoubleValue() * 60 );
 615 }
 616
 617 void FGNavRadio::updateDME(const SGVec3d& aircraft)
 618 {
 619   if (!_dme || !dme_serviceable_node->getBoolValue()) {
 620     _dmeInRange = false;
 621     return;
 622   }
 623
 624   double dme_distance = dist(aircraft, _dme->cart());
 625   _dmeInRange =  (dme_distance < _dme->get_range() * SG_NM_TO_METER);
 626 }
 627
 628 void FGNavRadio::updateGPSSlaved()
 629 {
 630   has_gs_node->setBoolValue(gps_has_gs_node->getBoolValue());
 631
 632   _toFlag = gps_to_flag_node->getBoolValue();
 633   _fromFlag = gps_from_flag_node->getBoolValue();
 634
 635   bool gpsValid = (_toFlag | _fromFlag);
 636   inrange_node->setBoolValue(gpsValid);
 637   if (!gpsValid) {
 638     signal_quality_norm_node->setDoubleValue(0.0);
 639     _cdiDeflection = 0.0;
 640     _cdiCrossTrackErrorM = 0.0;
 641     _gsNeedleDeflection = 0.0;
 642     return;
 643   }
 644
 645   // this is unfortunate, but panel instruments use this value to decide
 646   // if the navradio output is valid.
 647   signal_quality_norm_node->setDoubleValue(1.0);
 648
 649   _cdiDeflection =  gps_cdi_deflection_node->getDoubleValue();
 650   // clmap to some range (+/- 10 degrees) as the regular deflection
 651   SG_CLAMP_RANGE(_cdiDeflection, -10.0, 10.0 );
 652
 653   _cdiCrossTrackErrorM = gps_xtrack_error_nm_node->getDoubleValue() * SG_NM_TO_METER;
 654   _gsNeedleDeflection = 0.0; // FIXME, supply this
 655
 656   double trtrue = gps_course_node->getDoubleValue() + _magvarNode->getDoubleValue();
 657   SG_NORMALIZE_RANGE(trtrue, 0.0, 360.0);
 658   target_radial_true_node->setDoubleValue( trtrue );
 659 }
 660
 661 void FGNavRadio::updateCDI(double dt)
 662 {
 663   bool cdi_serviceable = cdi_serviceable_node->getBoolValue();
 664   bool inrange = inrange_node->getBoolValue();
 665
 666   if (tofrom_serviceable_node->getBoolValue()) {
 667     to_flag_node->setBoolValue(_toFlag);
 668     from_flag_node->setBoolValue(_fromFlag);
 669   } else {
 670     to_flag_node->setBoolValue(false);
 671     from_flag_node->setBoolValue(false);
 672   }
 673
 674   if (!cdi_serviceable) {
 675     _cdiDeflection = 0.0;
 676     _cdiCrossTrackErrorM = 0.0;
 677   }
 678
 679   cdi_deflection_node->setDoubleValue(_cdiDeflection);
 680   cdi_deflection_norm_node->setDoubleValue(_cdiDeflection * 0.1);
 681   cdi_xtrack_error_node->setDoubleValue(_cdiCrossTrackErrorM);
 682
 683   //////////////////////////////////////////////////////////
 684   // compute an approximate ground track heading error
 685   //////////////////////////////////////////////////////////
 686   double hdg_error = 0.0;
 687   if ( inrange && cdi_serviceable ) {
 688     double vn = fgGetDouble( "/velocities/speed-north-fps" );
 689     double ve = fgGetDouble( "/velocities/speed-east-fps" );
 690     double gnd_trk_true = atan2( ve, vn ) * SGD_RADIANS_TO_DEGREES;
 691     if ( gnd_trk_true < 0.0 ) { gnd_trk_true += 360.0; }
 692
 693     SGPropertyNode *true_hdg
 694         = fgGetNode("/orientation/heading-deg", true);
 695     hdg_error = gnd_trk_true - true_hdg->getDoubleValue();
 696
 697     // cout << "ground track = " << gnd_trk_true
 698     //      << " orientation = " << true_hdg->getDoubleValue() << endl;
 699   }
 700   cdi_xtrack_hdg_err_node->setDoubleValue( hdg_error );
 701
 702   //////////////////////////////////////////////////////////
 703   // Calculate a suggested target heading to smoothly intercept
 704   // a nav/ils radial.
 705   //////////////////////////////////////////////////////////
 706
 707   // Now that we have cross track heading adjustment built in,
 708   // we shouldn't need to overdrive the heading angle within 8km
 709   // of the station.
 710   //
 711   // The cdi deflection should be +/-10 for a full range of deflection
 712   // so multiplying this by 3 gives us +/- 30 degrees heading
 713   // compensation.
 714   double adjustment = _cdiDeflection * 3.0;
 715   SG_CLAMP_RANGE( adjustment, -30.0, 30.0 );
 716
 717   // determine the target heading to fly to intercept the
 718   // tgt_radial = target radial (true) + cdi offset adjustmest -
 719   // xtrack heading error adjustment
 720   double nta_hdg;
 721   double trtrue = target_radial_true_node->getDoubleValue();
 722   if ( loc_node->getBoolValue() && backcourse_node->getBoolValue() ) {
 723       // tuned to a localizer and backcourse mode activated
 724       trtrue += 180.0;   // reverse the target localizer heading
 725       SG_NORMALIZE_RANGE(trtrue, 0.0, 360.0);
 726       nta_hdg = trtrue - adjustment - hdg_error;
 727   } else {
 728       nta_hdg = trtrue + adjustment - hdg_error;
 729   }
 730
 731   SG_NORMALIZE_RANGE(nta_hdg, 0.0, 360.0);
 732   target_auto_hdg_node->setDoubleValue( nta_hdg );
 733
 734   //////////////////////////////////////////////////////////
 735   // compute the time to intercept selected radial (based on
 736   // current and last cross track errors and dt
 737   //////////////////////////////////////////////////////////
 738   double t = 0.0;
 739   if ( inrange && cdi_serviceable ) {
 740     double cur_rate = (last_xtrack_error - _cdiCrossTrackErrorM) / dt;
 741     xrate_ms = 0.99 * xrate_ms + 0.01 * cur_rate;
 742     if ( fabs(xrate_ms) > 0.00001 ) {
 743         t = _cdiCrossTrackErrorM / xrate_ms;
 744     } else {
 745         t = 9999.9;
 746     }
 747   }
 748   time_to_intercept->setDoubleValue( t );
 749
 750   if (!gs_serviceable_node->getBoolValue() ) {
 751     _gsNeedleDeflection = 0.0;
 752     _gsNeedleDeflectionNorm = 0.0;
 753   }
 754   gs_deflection_node->setDoubleValue(_gsNeedleDeflection);
 755   gs_deflection_deg_node->setDoubleValue(_gsNeedleDeflectionNorm * 0.7);
 756   gs_deflection_norm_node->setDoubleValue(_gsNeedleDeflectionNorm);
 757
 758   last_xtrack_error = _cdiCrossTrackErrorM;
 759 }
 760
 761 void FGNavRadio::updateAudio()
 762 {
 763   if (!_navaid || !inrange_node->getBoolValue() || !nav_serviceable_node->getBoolValue()) {
 764     return;
 765   }
 766
 767         // play station ident via audio system if on + ident,
 768         // otherwise turn it off
 769   if (!power_btn_node->getBoolValue()
 770       || !(bus_power_node->getDoubleValue() > 1.0)
 771       || !ident_btn_node->getBoolValue()
 772       || !audio_btn_node->getBoolValue() ) {
 773     _sgr->stop( nav_fx_name );
 774     _sgr->stop( dme_fx_name );
 775     return;
 776   }
 777
 778   SGSoundSample *sound = _sgr->find( nav_fx_name );
 779   double vol = vol_btn_node->getFloatValue();
 780   SG_CLAMP_RANGE(vol, 0.0, 1.0);
 781
 782   if ( sound != NULL ) {
 783     sound->set_volume( vol );
 784   } else {
 785     SG_LOG( SG_COCKPIT, SG_ALERT, "Can't find nav-vor-ident sound" );
 786   }
 787
 788   sound = _sgr->find( dme_fx_name );
 789   if ( sound != NULL ) {
 790     sound->set_volume( vol );
 791   } else {
 792     SG_LOG( SG_COCKPIT, SG_ALERT, "Can't find nav-dme-ident sound" );
 793   }
 794
 795   const int NUM_IDENT_SLOTS = 5;
 796   const time_t SLOT_LENGTH = 5; // seconds
 797
 798   // There are N slots numbered 0 through (NUM_IDENT_SLOTS-1) inclusive.
 799   // Each slot is 5 seconds long.
 800   // Slots 0 is for DME
 801   // the rest are for azimuth.
 802   time_t now = globals->get_time_params()->get_cur_time();
 803   if ((now >= last_time) && (now < last_time + SLOT_LENGTH)) {
 804     return; // wait longer
 805   }
 806
 807   last_time = now;
 808   play_count = ++play_count % NUM_IDENT_SLOTS;
 809
 810   // Previous ident is out of time;  if still playing, cut it off:
 811   _sgr->stop( nav_fx_name );
 812   _sgr->stop( dme_fx_name );
 813   if (play_count == 0) { // the DME slot
 814     if (_dmeInRange && dme_serviceable_node->getBoolValue()) {
 815       // play DME ident
 816       if (vol > 0.05) _sgr->play_once( dme_fx_name );
 817     }
 818   } else { // NAV slot
 819     if (inrange_node->getBoolValue() && nav_serviceable_node->getBoolValue()) {
 820       if (vol > 0.05) _sgr->play_once(nav_fx_name);
 821     }
 822   }
 823 }
 824
 825 FGNavRecord* FGNavRadio::findPrimaryNavaid(const SGGeod& aPos, double aFreqMHz)
 826 {
 827   FGNavRecord* nav = globals->get_navlist()->findByFreq(aFreqMHz, aPos);
 828   if (nav) {
 829     return nav;
 830   }
 831
 832   return globals->get_loclist()->findByFreq(aFreqMHz, aPos);
 833 }
 834
 835 // Update current nav/adf radio stations based on current postition
 836 void FGNavRadio::search()
 837 {
 838   _time_before_search_sec = 1.0;
 839   SGGeod pos = SGGeod::fromDegFt(lon_node->getDoubleValue(),
 840     lat_node->getDoubleValue(), alt_node->getDoubleValue());
 841   double freq = freq_node->getDoubleValue();
 842
 843   FGNavRecord* nav = findPrimaryNavaid(pos, freq);
 844   if (nav == _navaid) {
 845     return; // found the same as last search, we're done
 846   }
 847
 848   _navaid = nav;
 849   char identBuffer[5] = "    ";
 850   if (nav) {
 851     _dme = globals->get_dmelist()->findByFreq(freq, pos);
 852
 853     nav_id_node->setStringValue(nav->get_ident());
 854     strncpy(identBuffer, nav->ident().c_str(), 5);
 855
 856     effective_range = adjustNavRange(nav->get_elev_ft(), pos.getElevationM(), nav->get_range());
 857     loc_node->setBoolValue(nav->type() != FGPositioned::VOR);
 858     twist = nav->get_multiuse();
 859
 860     if (nav->type() == FGPositioned::VOR) {
 861       target_radial = sel_radial_node->getDoubleValue();
 862       _gs = NULL;
 863       has_gs_node->setBoolValue(false);
 864     } else { // ILS or LOC
 865       _gs = globals->get_gslist()->findByFreq(freq, pos);
 866       has_gs_node->setBoolValue(_gs != NULL);
 867       _localizerWidth = localizerWidth(nav);
 868       twist = 0.0;
 869             effective_range = nav->get_range();
 870
 871       target_radial = nav->get_multiuse();
 872       SG_NORMALIZE_RANGE(target_radial, 0.0, 360.0);
 873
 874       if (_gs) {
 875         int tmp = (int)(_gs->get_multiuse() / 1000.0);
 876         target_gs = (double)tmp / 100.0;
 877
 878         // until penaltyForNav goes away, we cannot assume we always pick
 879         // paired LOC/GS trasmsitters. As we pass over a runway threshold, we
 880         // often end up picking the 'wrong' LOC, but the correct GS. To avoid
 881         // breaking the basis computation, ensure we use the GS radial and not
 882         // the (potentially reversed) LOC radial.
 883         double gs_radial = fmod(_gs->get_multiuse(), 1000.0);
 884         SG_NORMALIZE_RANGE(gs_radial, 0.0, 360.0);
 885
 886         // GS axis unit tangent vector
 887         // (along the runway)
 888         _gsCart = _gs->cart();
 889         _gsAxis = tangentVector(_gs->geod(), _gsCart, gs_radial);
 890
 891         // GS baseline unit tangent vector
 892         // (perpendicular to the runay along the ground)
 893         SGVec3d baseline = tangentVector(_gs->geod(), _gsCart, gs_radial + 90.0);
 894         _gsVertical = cross(baseline, _gsAxis);
 895       } // of have glideslope
 896     } // of found LOC or ILS
 897
 898     audioNavidChanged();
 899   } else { // found nothing
 900     _gs = NULL;
 901     _dme = NULL;
 902     nav_id_node->setStringValue("");
 903     loc_node->setBoolValue(false);
 904     has_gs_node->setBoolValue(false);
 905
 906     _sgr->remove( nav_fx_name );
 907     _sgr->remove( dme_fx_name );
 908   }
 909
 910   is_valid_node->setBoolValue(nav != NULL);
 911   id_c1_node->setIntValue( (int)identBuffer[0] );
 912   id_c2_node->setIntValue( (int)identBuffer[1] );
 913   id_c3_node->setIntValue( (int)identBuffer[2] );
 914   id_c4_node->setIntValue( (int)identBuffer[3] );
 915 }
 916
 917 double FGNavRadio::localizerWidth(FGNavRecord* aLOC)
 918 {
 919   FGRunway* rwy = aLOC->runway();
 920   assert(rwy);
 921
 922   SGVec3d thresholdCart(SGVec3d::fromGeod(rwy->threshold()));
 923   double axisLength = dist(aLOC->cart(), thresholdCart);
 924   double landingLength = dist(thresholdCart, SGVec3d::fromGeod(rwy->end()));
 925
 926 // Reference: http://dcaa.slv.dk:8000/icaodocs/
 927 // ICAO standard width at threshold is 210 m = 689 feet = approx 700 feet.
 928 // ICAO 3.1.1 half course = DDM = 0.0775
 929 // ICAO 3.1.3.7.1 Sensitivity 0.00145 DDM/m at threshold
 930 //  implies peg-to-peg of 214 m ... we will stick with 210.
 931 // ICAO 3.1.3.7.1 "Course sector angle shall not exceed 6 degrees."
 932
 933 // Very short runway:  less than 1200 m (4000 ft) landing length:
 934   if (landingLength < 1200.0) {
 935 // ICAO fudges localizer sensitivity for very short runways.
 936 // This produces a non-monotonic sensitivity-versus length relation.
 937     axisLength += 1050.0;
 938   }
 939
 940 // Example: very short: San Diego   KMYF (Montgomery Field) ILS RWY 28R
 941 // Example: short:      Tom's River KMJX (Robert J. Miller) ILS RWY 6
 942 // Example: very long:  Denver      KDEN (Denver)           ILS RWY 16R
 943   double raw_width = 210.0 / axisLength * SGD_RADIANS_TO_DEGREES;
 944   return raw_width < 6.0? raw_width : 6.0;
 945 }
 946
 947 void FGNavRadio::audioNavidChanged()
 948 {
 949   if (_sgr->exists(nav_fx_name)) {
 950                 _sgr->remove(nav_fx_name);
 951   }
 952
 953   try {
 954     string trans_ident(_navaid->get_trans_ident());
 955     SGSoundSample* sound = morse.make_ident(trans_ident, LO_FREQUENCY);
 956     sound->set_volume( 0.3 );
 957     if (!_sgr->add( sound, nav_fx_name )) {
 958       SG_LOG(SG_COCKPIT, SG_WARN, "Failed to add v1-vor-ident sound");
 959     }
 960
 961           if ( _sgr->exists( dme_fx_name ) ) {
 962       _sgr->remove( dme_fx_name );
 963     }
 964
 965     sound = morse.make_ident( trans_ident, HI_FREQUENCY );
 966     sound->set_volume( 0.3 );
 967     _sgr->add( sound, dme_fx_name );
 968
 969           int offset = (int)(sg_random() * 30.0);
 970           play_count = offset / 4;
 971     last_time = globals->get_time_params()->get_cur_time() - offset;
 972   } catch (sg_io_exception& e) {
 973     SG_LOG(SG_GENERAL, SG_ALERT, e.getFormattedMessage());
 974   }
 975 }