DE19801519B4

DE19801519B4 - GPS-Fernrohr

Info

Publication number: DE19801519B4
Application number: DE19801519A
Authority: DE
Inventors: Koji Tsuda
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: DE19801519A1; JPH10206750A; US6233094B1; JP3569409B2

Abstract

Fernrohr zur Positionsbestimmung eines fernen Objekts und zum Beobachten eines Objektbildes in einem Sichtfeid, mit
einem Positionsbestimmungssystem zum Berechnen der gegenwärtigen Position des Fernrohrs aus einem GPS-Satellitensignal,
einem Kommunikationssystem, das mit einer externen Einrichtung in Verbindung steht, die Informationen über ihre Position senden kann,
einem Relativpositionsbestimmungssystem zum Bestimmen der Relativposition der externen Einrichtung gegenüber derjenigen des Fernrohrs aus der mit dem Positionsbestimmungssystem erhaltenen aktuellen Position und von der externen Einrichtung empfangener Positionsinformation, und
einem Anzeigesystem zur Anzeige von Informationen der Relativposition der externen Einrichtung gegenüber dem Fernrohr.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernrohr, das ein globales Positioniersystem (GPS) nutzt.

Üblicherweise werden Fernrohre als Instrumente zum Beobachten ferner Objekte genutzt. Ein Fernrohr erweitert den Sichtwinkel eines fernen Objekts und ermöglicht dem Benutzer die Beobachtung dieses Objekts in einem Sichtfeld. Im folgenden wird mit "Fernrohr" jedes optische Instrument bezeichnet, das diese Definition erfüllt. Somit ist es nicht nur ein einfaches Fernrohr, sondern auch ein Doppelfernrohr, Periskop o.ä.

Ein Doppelfernrohr, also ein Fernglas, erleichtert die Beobachtung eines fernen Objekts. Will der Benutzer ein fernes Objekt beobachten und ist dessen Position und/oder Richtung unbekannt, so muß er in allen Richtungen sorgfältig danach suchen.

Wenn sich z.B. ein Teilnehmer einer Jagd- oder Bergsteigergruppe zufällig verirrt, so muß er mit dem Fernglas gefunden werden. Oft ist es schwierig, ihn in das Sichtfeld zu bringen, wenn seine Position relativ zur Gruppe unbekannt ist. In diesem Fall ist es schwierig für ihn, seine eigene Position genau bekanntzugeben.

Obwohl er mit einem weiteren Teilnehmer der Gruppe über eine Funkverbindung o.ä. kommunizieren kann, ist das Festlegen der relativen Positionen schwierig, wenn die kommunizierenden Teilnehmer ihre jeweils genaue Position nicht kennen und sie daher auch nicht gegenseitig mitteilen können. Es ist also extrem schwierig, den verlorenen Teilnehmer von der fernen Position des Fernglases her zu erkennen.

Fernrohre mit GPS-Positionsbestimmungssystemen sind aus der JP-A-08201703, der JP-A-05072486 und der DE 43 12 310 A1 bekannt. Da jedoch diese Fernrohre keine Kommunikation mit dem anvisierten Objekt vorsehen, sind sie nicht geeignet, das vorstehend erläuterte Problem zu beseitigen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fernrohr anzugeben, das bei unbekannter Zielposition das Ziel sicher in das Sichtfeld bringt. Hierzu soll eine Möglichkeit zur genauen Angabe der relativen Positionen geschaffen werden, wobei der Benutzer seine eigene Position jeweils genau ermitteln kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung sieht bei einem Fernrohr die Nutzung eines globalen Positioniersystems vor, das Satellitensignale empfängt und die genaue Position ermittelt. Ferner hat das Fernrohr ein Kommunikationssystem, durch das die Positionsinformation mit einer weiteren externen Einrichtung ausgetauscht werden kann. Aus den Positionsinformationen kann die Position der externen Einrichtung relativ zum Fernrohr erhalten und dem Benutzer angezeigt werden. Die Relativposition wird visuell z.B. als Entfernung, Höhenunterschied und Azimutwinkel angegeben, so daß der Benutzer die Position der externen Einrichtung relativ zu dem Fernrohr leicht feststellen kann.

Auch wenn die Position der externen Einrichtung unbekannt ist, kann das Teleskop direkt auf sie gerichtet werden, da ihre Position relativ zum Fernrohr angezeigt wird. Wenn die externe Einrichtung oder ihr Benutzer im Sichtfeld des Teleskops ist, können die Position und der Höhenunterschied der externen Einrichtung genau festgelegt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 die Anordnung von Funktionseinheiten in einem Doppelfernrohr als erstes Ausführungsbeispiel,
2 das Blockdiagramm eines Steuersystems des in 1 gezeigten Doppelfernrohrs,
3 ein Kommunikationsverfahren mit zwei Doppelfernrohren,
4 ein Kommunikationsprotokoll zum Senden und Empfangen von Positionsinformationen,
5 ein Kommunikationsprotokoll als zweites Ausführungsbeispiel und
6 ein Kommunikationsprotokoll als drittes Ausführungsbeispiel.
1 und 2 zeigen ein Doppelfernrohr 100, auch Fernglas genannt, als Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 zeigt die Anordnung verschiedener Funktionseinheiten in dem Fernglas, während 2 das Blockdiagramm eines Steuersystems darstellt.
Das Fernglas 100 hat ein Hauptgehäuse 5 mit Okularen 6. In dem Hauptgehäuse 5 befinden sich eine GPS-Antenne 7 und ein GPS-Empfänger 8, die ein Positionsbestimmungssystem bilden, das ein Positionssignal von GPS-Satelliten empfängt und die jeweilige Position durch eine Positionsbestimmung erfaßt. Die GPS-Antenne 7 ist kreisrund und empfängt Hochfrequenzsignale zur Positionsbestimmung von normalerweise vier GPS-Satelliten gleichzeitig. Der GPS-Empfänger 8 bestimmt die gegenwärtige Position des Fernglases und gibt die Zeit für die gegenwärtige Position an, wozu die von der GPS-Antenne 7 erhaltenen Signale dienen. Dies erfolgt nach einer sogenannten Einzelpunkterfassung, die allgemein als Positionserfassung mit GPS-Signalen bekannt ist.
Diese Einzelpunkterfassung läuft folgendermaßen ab: Zunächst wird aus dem Unterschied einer Zeitinformation von jedem GPS-Satelliten und einer Zeitinformation eines internen Taktsignals des GPS-Empfängers 8, d.h. aus dem Zeitunterschied der Aussendung und des Empfangs eines Signals vom GPS-Satelliten zum GPS-Empfänger 8 die Entfernung von der GPS-Antenne zu jedem GPS-Satelliten 1 bis 4 berechnet. Dann erhält man aus den vier Entfernungswerten zwischen der Antenne 7 und den vier GPS-Satelliten zu einem bestimmten Zeitpunkt Informationen der drei Dimensionen einer Position der Antenne 7.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Position mit den Signalen von vier GPS-Satelliten berechnet. In diesem Fall können vier Informationsarten erhalten werden, nämlich die Höhe, die Länge, die Breite und die Zeit. Möglicherweise können nur die von drei GPS-Satelliten abgegebenen Signale genutzt werden. Es ergeben sich dann drei Informationsarten, nämlich die Länge, die Breite und die Zeit. Beispielsweise auf See kann die Höhe mit nahezu Null angenommen werden. In diesem Fall ist die Höheninformation nicht erforderlich, und es können durch Nutzung der Signale nur dreier Satelliten die nötigen Informationen der Länge, der Breite und der Zeit erhalten werden.
Das Hauptgehäuse 5 enthält ein Kommunikationssystem, das mit einer externen Einrichtung Informationen austauscht, die z.B. eine ähnliche Positionsbestimmungsfunktion wie das Fernglas 100 enthält. Mit dem Kommunikationssystem können also Informationen über die Position des Fernglases 100 oder der externen Einrichtung ausgetauscht werden. Das Kommunikationssystem enthält im Hauptgehäuse 5 einen Sendeempfänger mit einem Datensender 9 zum Abgeben der Positionsinformation des Fernglases 100 and die externe Einrichtung (z.B. das Fernglas eines anderen Benutzers) und einen Datenempfänger 10 zum Empfangen der Positionsinformation von der externen Einrichtung, d.h. von dem Fernglas des anderen Benutzers; eine Stabantenne 17 und einen Umschalter 19, der wahlweise den Datensender 9 oder den Datenempfänger 10 mit der Stabantenne 17 verbindet. Der vorstehend genannte GPS-Empfänger 8, der Datensender 9, der Datenempfänger 10 und der Umschalter 19 werden von einer CPU (Zentrale Verarbeitungseinheit) 18 gesteuert.
Das Hauptgehäuse 5 enthält auch ein Relativpositionsrechensystem, das durch Rechnung eine Relativposition zwischen dem Fernglas 100 und der externen Einrichtung (d.h. dem Fernglas des anderen Benutzers) aus der gegenwärtigen Position des Fernglases 100 berechnet, die durch den GPS-Empfänger 8 erhalten wird, und die Positionsinformation der externen Einrichtung berechnet, die über das Kommunikationssystem (Datensender 9, Datenempfänger 10, Stabantenne 17, Umschalter 19) erhalten wird.
Ferner dient zum Anzeigen der Positionsinformation wie einer Relativposition gegenüber der externen Einrichtung, abgeleitet durch das vorstehend genannte Relativpositionsrechensystem, eine interne Anzeigeeinheit 11 im Hauptgehäuse 5 und eine externe Anzeigeeinheit 12 an der Außenseite des Hauptgehäuses 5.
Beobachtet der Benutzer ein fernes Ziel, d.h. die externe Einrichtung, mit dem Fernglas 100, so zeigt die interne Anzeigeeinheit 11 in einem Sichtfeld die folgenden Informationen an:
Positionsinformation (Breite, Länge und Höhe der Position des Fernglases 100) und Zeit, erhalten von dem GPS-Signalempfänger 8;
die Positionsinformation (Breite, Länge und Höhe) der externen Einrichtung (d.h. des Fernglases des anderen Benutzers) abgegeben von dieser; und
eine Relativpositionsinformation der Positionsbeziehung des Fernglases 100 und
der externen Einrichtung, mit Entfernung, Höhenunterschied, Azimutwinkel der externen Einrichtung relativ zum Fernglas 100.
Es sei bemerkt, daß beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Azimutwert eines Winkels gegenüber geographisch Nord als eine Teilinformation der Relativposition dargestellt wird. Es ist aber auch möglich, einen Winkel relativ zu magnetisch Nord aus dem Azimutwinkel und der anderen Positionsinformation zu berechnen. Es kann also auch der Winkel relativ zu magnetisch Nord anstelle des Azimutwinkels angezeigt werden.
Die interne Anzeigeeinheit 11 ist so aufgebaut, daß ein LCD (Flüssigkristallanzeige) mit transparenten Elektroden in der Bildebene angeordnet ist. Der Benutzer des Fernglases 100 kann somit die dargestellten Informationen in einem Zielbild innerhalb des Sichtfeldes des Okulars 6 betrachten. Die Konstruktion der internen Anzeigeeinheit 11 ist hierauf nicht beschränkt, es kann auch jedes andere Prinzip angewendet werden. Beispielsweise können Schriftzeichen aus Leuchtdioden o.ä. als Bild in der Bildebene mit einem optischen System dargestellt werden. Die externe Anzeigeeinheit 12 kann eine LCD- oder LED-Anzeige sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel stellen die externe Anzeigeeinheit 12 und die interne Anzeigeeinheit 11 ähnliche Informationen dar. Diese Informationen werden zunächst in einem Anzeigendatenspeicher 20 gespeichert und dann unter Steuerung mit der CPU 18 an der internen Anzeigeeinheit 11 und der externen Anzeigeeinheit 12 dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das Fernglas 100 die interne Anzeigeeinheit 11 und die externe Anzeigeeinheit 12. Es kann jedoch auch nur eine dieser An zeigeeinheiten enthalten. Das Fernglas 100 kann auch Informationen durch akustische Signale oder durch eine Kombination akustischer und optischer Signale darstellen.
Die Operationseinheit 13 enthält mehrere Schalter:
einen Schalter zum Ein- und Ausschalten einer Stromversorgungseinheit 30 des Fernglases 100 für verschiedene elektrische Komponenten;
einen Schalter zum Empfangen der GPS-Signale;
einen Schalter zum Senden von Daten an die externe Einrichtung; und
einen Schalter zum Empfangen von Daten von der externen Einrichtung.
Die Operationseinheit 13 enthält ferner einen Kommunikationsartschalter und einen Kommunikationswunschschalter.
Der Kommunikationsumschalter 19 wird von CPU 18 betätigt, wenn der Kommunikationswunschschalter oder der Kommunikationsartschalter betätigt wird. Durch Betätigen des Kommunikationsartschalters wird die Betriebsart des Fernglases 100 zwischen einer Kommunikationsart, bei der Positionsinformationen erhalten und dargestellt werden, und einem Normalbetrieb, bei dem die vorstehend beschriebene Funktion der Positionsinformation nicht genutzt wird (d.h. nur die Fernrohrfunktion wird benutzt) umgeschaltet. Es sei bemerkt, daß in 2 zur besseren Übersicht die Verbindungen zwischen der Stromversorgungseinheit und den anderen Einheiten nicht dargestellt sind. Die Stormversorgungseinheit speist die elektrischen Einheiten wie die CPU 18.
3 zeigt einen Beispielsfall, bei dem zwei Benutzer 15 und 16 an den Stellen A und B jeweils ein Fernglas 100 bzw. 200 haben. Die Ferngläser 100 und 200 enthalten beide die vorstehend beschriebene Positionsbestimmungsfunktion. Der Benutzer 15 sucht den Benutzer 16, dessen Position unbekannt ist.
Es sei angenommen, daß das Fernglas 100 in den Kommunikationsbetrieb geschaltet ist. Wie 1 zeigt, empfängt das Fernglas 100 Signale von den GPS-Satelliten 1 bis 4 über die GPS-Antenne 7. Die so empfangenen Signale werden dem GPS-Empfänger 8 zugeführt. Dieser berechnet die Entfernung zwischen der GPS-Antenne 7 und den GPS-Satelliten 1 bis 4 aus den erhaltenen Entfernungswerten, der Dreidimensions-Positionsinformation (z.B. Koordinaten x, y und z in einem rechtwinkligen x-y-z-Koordinatensystem) für die Position A und die ent sprechende Zeit. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Positionsinformation x, y, z des GPS-Empfängers 8 aus Daten für ein rechtwinkliges dreidimensionales Koordinatensystem, dessen Ursprung der Erdmittelpunkt ist.
Die Informationen (Positionsinformation und Zeit für die Position A) werden der CPU 18 zugeführt und in dem internen Speicher 18M (2) mit der entsprechenden Zeit z.B. für jede Sekunde gespeichert. Der Speicher 18M kann mehrere Positionsdaten (z.B. einige Zehn) speichern. Wird seine Kapazität erreicht, so werden die älteren Daten sequentiell gelöscht, um neue Daten speichern zu können.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Positionsinformation der Position A, d.h. die Koordinaten x, y, z für das dreidimensionale rechtwinklige Koordinatensystem von der CPU 18 in allgemein benutzte Ausdrücke umgesetzt, d.h. die Breite, die Länge und die Höhe, und dann mit der internen Anzeigeeinheit 11 im Bildfeld des Fernglases 100 und der externen Anzeigeeinheit 12 dargestellt.
Die Positionsinformation wird automatisch und abwechselnd entsprechend dem Rechnen der gegenwärtigen Position und/oder den von der externen Einrichtung erhaltenen Signalen dargestellt. Während der Kommunikation mit dem anderen Fernglas 200 wird nur die gegenwärtige, durch Rechnung erhaltene Position sowie Zeit und Datum wiederholt und abwechselnd dargestellt.
Das Anzeigeverfahren ist nicht auf das vorstehend beschriebene begrenzt, es kann so abgeändert werden, daß die Anzeige- und Nichtanzeigezustände bei Betätigen des Anzeigeschalters abwechselnd dargestellt werden. Alternativ kann diese Abänderung ferner so weitergebildet werden, daß die gegenwärtige Position des Fernglases 100, die gegenwärtige Position des anderen Fernglases 200, die Entfernung und der Azimutwinkel des Fernglases 200 relativ zum Fernglas 100 und die augenblickliche Zeit abwechselnd bei Betätigen des Anzeigeschalters dargestellt werden. Beispiele derartiger Anzeigen (z.B. ein dargestelltes Bild) werden noch beschrieben.
Die in beschriebener Weise erhaltene Positionsinformation wird folgendermaßen gesendet. Wie bereits beschrieben, wird für das Fernglas 100 an der Position A der eingeschaltete Kommunikationsbetrieb vorausgesetzt. Bei dieser Betriebsart steuert die CPU 18 den Umschalter 19 so, daß die Stabantenne 17 mit dem Signalempfänger 10 zunächst verbunden wird. Dies bedeutet, daß das Fernglas 100 im Kommunikationsbetrieb zum Datenempfang bereit ist. Das andere Fernglas 200 hat dieselbe Funktion hinsichtlich Positionsbestimmung und Kommunikation wie das Fernglas 100.
In diesem Zustand betätigt der Benutzer 16 des Fernglases 200 den Sendeschalter. Dadurch betätigt die CPU 18 des Fernglases 200 den Umschalter 19 zum Verbinden seiner Stabantenne 17 mit dem Datensender 9. Die CPU 18 des Fernglases 200 sendet mit Hochfrequenzdaten die Positionsdaten (d.h. die Koordinaten x, y, z) für das dreidimensionale rechtwinklige Koordinatensystem der Position des Fernglases 200 und die Zeit, empfangen mit dem GPS-Empfänger 8, an das Fernglas 100 an der Position A über die Stabantenne 17. Unmittelbar nach dem Senden betätigt die CPU 18 den Umschalter 19 zum Verbinden der Stabantenne 17 mit dem Datenempfänger 10. Außer bei Senden von Daten bleibt also der Umschalter 19 immer zum Empfang des von der externen Einrichtung abgegebenen Signals bereit.
In dem Fernglas 100 empfängt der Datenempfänger 10 das von dem Fernglas 200 abgegebene Signal über seine Stabantenne 17 und speichert die Daten in seinem Speicher.
In dem Fernglas 100 werden ähnlich wie beschrieben die Positionsdaten (x, y, z) des Fernglases 100 und die entsprechende Zeit an das Fernglas 200 übertragen. In diesem Fall wird der Sendeschalter zum Senden der Daten betätigt. Die Daten können jedoch an das andere Fernglas auch beim Empfang von Daten automatisch gesendet werden. Wenn also das Fernglas 100 die Positionsdaten von dem Fernglas 200 erhalten hat, kann die CPU 18 automatisch das Senden der Positionsdaten des Fernglases 100 an das Fernglas 200 starten.
Aus den Positionsdaten (x, y, z) und den Zeitdaten des Fernglases 200, gespeichert im Speicher des Empfängers 10, und den Koordinaten und Zeitdaten des Fernglases 100, gespeichert im Speicher 18M der CPU 18, berechnet die CPU 18 den Unterschied der Koordinaten für die Positionen A und B zum selben Zeitpunkt, bestimmt dann die Entfernung und die Höhendifferenz sowie den Azimutwinkel des Fernglases 200, gesehen vom Fernglas 100, und speichert die erhaltenen Werte gemeinsam mit den Zeitdaten in dem Anzeigedatenspeicher 20. Fer ner setzt die CPU 18 des Fernglases 100 dessen Koordinaten und diejenigen des Fernglases 200 in die Werte für die Breite, Länge und Höhe um und speichert diese Werte in dem Anzeigedatenspeicher 20. Der Azimutwinkel ist ein Winkel, der im Uhrzeigersinn relativ zu Echt-Nord (d.h. in Richtung von Nord über Ost, Süd, West nach Nord) gemessen wird.
Wenn die Operationen für die Anzeigedaten abgeschlossen und die berechneten Daten in dem Anzeigedatenspeicher 20 gespeichert sind, wird eine Nachricht oder ein Symbol zur Anzeige des Abschlusses des Datenempfangs auf der internen Anzeigeeinheit 11 und auf der externen Anzeigeeinheit 12 dargestellt. Alternativ können anstelle der Nachricht oder des Symbols die berechneten Werte, z.B. die gegenwärtige Position der Punkte A und B, die Entfernung und der Höhenunterschied, der Azimutwinkel und/oder die Zeit dargestellt werden. Wahlweise kann auch ein akustisches Signal oder eine Kombination akustischer und optischer Signale zur Anzeige des Abschlusses der Datenübertragung dienen.
Der Benutzer des Fernglases 100 kann die auf der internen Anzeigeeinheit 11 und der externen Anzeigeeinheit 12 dargestellte Information umschalten. Beispielsweise kann bei jeder Betätigung des Anzeigeschalters (1) die Breite, Länge, Höhe der Position des Benutzers 15, (2) die Breite, Länge, Höhe der Position des Benutzers 16, (3) die Entfernung und der Höhenunterschied der Punkte A und B bzw. der Azimutwinkel, (4) die Zeit und (5) keine Anzeige dargestellt werden.
Die Darstellung von Informationen auf der internen Anzeigeeinheit 11 und der externen Anzeigeeinheit 12 (d.h. die Darstellung der Höhe, Länge und Breite einer Position des Benutzers 15, die Darstellung derselben Werte des Benutzers 16 und einer Entfernung und eines Höhenunterschiedes der beiden Benutzer 15 und 16, des Azimutwinkels und die Darstellung von Datum und Zeit) werden folgendermaßen durchgeführt. Es sei bemerkt, daß dies nur Beispiele sind, und die dargestellten Werte haben keine besondere Bedeutung. Darstellung der Benutzerposition

Breite: 35°40'40''N

Länge: 139°40'38''E

Höhe: 350 m

Darstellung der anderen Benutzerposition

Breite: 35°40'52''N

Länge: 139°40'50''E

Höhe: 400 m

Darstellung von Entfernung, Höhenunterschied und Azimutwinkel des anderen Benutzers

Entfernung: 510 m

Höhenunterschied: 50 m

Azimutwinkel: 45°02'10''
Darstellung von Datum und Zeit

20.12.96
10.28 Uhr

Die externe Anzeigeeinheit 12 kann bei einem ausreichend großen Anzeigefeld gleichzeitig die Werte von Breite, Länge und Höhe darstellen. Die interne Anzeigeeinheit 11 hat jedoch kein ausreichend großes Anzeigefeld, da die Informationen dem Objektbild überlagert werden. Daher sollte die interne Anzeigeeinheit 11 vorzugsweise eine vereinfachte Anzeige verschiedener Werte durch Verwendung von Abkürzungen o.ä. ermöglichen. Vorzugsweise soll ferner jedes Datum abwechselnd in einem begrenzten Anzeigeabschnitt dargestellt werden. In diesem Fall können die Daten bei jeder Betätigung der Anzeigetaste der Operationseinheit 13 oder automatisch ohne besondere Bedienungstätigkeit dargestellt werden.
Zumindest die Position des Benutzers und die Entfernung, der Höhenunterschied und der Azimutwinkel des anderen Benutzers werden dargestellt, die weiteren Informationen können entfallen.
Wenn die Richtung des Fernglases 200 relativ zum Fernglas 100, d.h. Entfernung, Höhenunterschied und Azimutwinkel des Fernglases 200 relativ zum Fernglas 100 in vorstehend beschriebener Weise festgestellt sind, kann der Benutzer des Fernglases 100 denjenigen des Fernglases 200 leicht durch entsprechendes Ausrichten des Fernglases 100 unter Zuhilfenahme eines Kompasses finden.
Vorstehend wurde die Anzeige bei dem Fernglas 100 beschrieben, dieselben Daten können aber auch an dem Fernglas 200 durch ähnliche Operationen dargestellt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel benutzen beide Benutzer 15 und 16 übereinstimmende Ferngläser 100 und 200. Wenn der Benutzer 15 ein Fernglas 100 mit der vorstehend beschriebenen Funktion hat, muß der Benutzer 16 nicht unbedingt ein Fernglas 200 haben, sondern es genügt bei ihm eine Einrichtung, mit der die Positionsdaten an das Fernglas 100 gesendet werden können, so daß dieses die Positionsdaten von der externen Einrichtung empfängt und die Position dieser Einrichtung relativ zum Fernglas 100 berechnen kann.
Das vorstehend beschriebene Fernglas empfängt das GPS-Signal von den GPS-Satelliten, um seine Position und die Zeit zu berechnen. Ferner empfängt das Fernglas Positionsinformationen von einer externen Einrichtung eines ähnlichen Fernglases an einer anderen Position, um Entfernung, Höhenunterschied und Azimutwinkel zu erhalten, und stellt diese Werte auf einer Anzeigeeinheit dar. Daher hat ein Fernglas nach diesem Ausführungsbeispiel eine gegenüber bisherigen verbesserte Funktion, denn auch wenn die Position des anderen Benutzers unbekannt ist, kann die eigene Position genau bestimmt werden, und die Position sowie die Entfernung, der Höhenunterschied und der Azimutwinkel des anderen Fernglases gegenüber der eigenen Position können bestimmt werden.
Die darzustellenden Positionsinformationen sind Breite, Länge und Höhe. Dies kann jedoch abgeändert werden, so daß beispielsweise auch die Koordinaten des dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystems dargestellt werden.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erhält der GPS-Empfänger 8 die Positionsinformation in Form von Koordinatenwerten. Er kann jedoch auch so geändert werden, daß die Werte für Breite, Länge und Höhe abgegeben werden. Ferner können die übertragenen Informationen auch die Werte für Breite, Länge und Höhe enthalten. Obwohl die Relativposition zweier Punkte als Entfernung, Höhenunterschied und Azimutwinkel ausgedrückt wird, kann sie auch als Elevationswinkel (oder Depressionswinkel) und Azimutwinkel, berechnet aus der Entfernung und dem Höhenunterschied, ausgedrückt und dargestellt werden.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird erläutert, daß der Benutzer 15 des Fernglases 100, dem die Position des anderen Benutzers 16 des Fernglases 200 unbekannt ist, die Position des Fernglases 200 durch Datenkommunikation bestimmt, um das Fernglas 200 (oder den Benutzer 16) in das Sichtfeld des Fernglases 100 zu bringen. Dieses Ausführungsbeispiel kann aber auch benutzt werden, um die genauen Positionen, Entfernung o.ä. der beiden Positionen durch Datenkommunikation zu bestimmen, während die Benutzer 15 und 16 die jeweils andere Position erkennen. In diesem Fall können verschiedene Informationsdaten auf der internen Anzeigeeinheit 11 überlagert mit dem Objektbild im Sichtfeld eines jeden Fernglases, dargestellt werden, und der Benutzer kann diese Informationen während der Beobachtung des anderen Benutzers lesen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Positionsdaten durch manuelles Betätigen der Operationseinheit 13 an der Außenseite des Hauptgehäuses 5 gesendet bzw. empfangen. Das Ausführungsbeispiel kann so abgeändert werden, daß die Daten von der CPU 18 automatisch gesendet und empfangen werden entsprechend einem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll.
4 zeigt ein Beispiel eines Protokolls zum automatischen Senden und Empfangen der Positionsdaten. Bei dieser Kommunikation arbeiten beide Ferngläser 100 und 200 im Kommunikationsbetrieb.
Die Datenkommunikation entsprechend dem in 4 gezeigten Protokoll wird durch Betätigen eines Kommunikationswunschschalters initiiert. Zunächst sendet das Fernglas 100 ein Signal an das Fernglas 200 zu dessen Anforderung zur Datenkommunikation durch Betätigen des Kommunikationswunschschalters. Wenn dieser Schalter betätigt wird, schaltet die CPU den Umschalter 19 zum Verbinden der Stabantenne 17 mit dem Datensender 9, um das Kommunikationswunschsignal abzugeben. Wenn das Fernglas 200 dieses Signal empfängt, gibt es ein Kommunikations-Freigabesignal an das Fernglas 100 ab, um die aufgebaute Verbindung zu signalisieren, wenn eine Datenkommunikation möglich ist, d.h. wenn das Fernglas 200 zum Senden der Positionsdaten bereit ist. Wenn das Fernglas 100 das Freigabesignal von dem Fernglas 200 empfängt, sendet es die Positionsdaten für die Position an das Fernglas 200. Wenn dieses die Positionsdaten empfängt, gibt es seine eigenen Positionsdaten der Position B an das Fernglas 100 ab. Wenn dieses die Positionsdaten empfängt, bestimmt es durch Rechnung die Werte der Entfernung, des Höhenunterschieds und des Azimutwin kels der beiden Positionen und speichert die berechneten Werte in dem Anzeigespeicher 20. Sie werden auf der internen Anzeigeeinheit 11 und der externen Anzeigeeinheit 12 dargestellt.
Das Fernglas 200 führt praktisch übereinstimmende Verarbeitungen durch. Die vorstehend beschriebene Datenkommunikation und die Berechnung von Entfernung, Höhenunterschied und Azimutwinkel werden wiederholt, bis die Schalter beider Ferngläser 100 und 200 zum Beenden der Verarbeitung betätigt werden.
Gemäß 4 gibt das Fernglas 100 den Kommunikationswunsch ab. Wenn der entsprechende Schalter des Fernglases 200 betätigt wird, wird eine ähnliche Verarbeitung durch den Kommunikationswunsch von dem Fernglas 200 zum Fernglas 100 initiiert. Alternativ oder wahlweise kann auch so vorgegangen werden, daß anstelle einer Betätigung des Kommunikationswunschschalters das in 4 gezeigte Protokoll bei jedem vorbestimmten Zeitintervall startet.
Bei dem Ausführungsbeispiel werden mit Bezug auf die in dem Speicher 18M gespeicherte Zeitinformation die Entfernung, der Höhenunterschied und der Azimutwinkel der Positionen A und B aus der Positionsinformation beider Ferngläser 100 und 200 genau zu übereinstimmenden Zeitpunkten bestimmt. Die in dem Speicher 18M gespeicherten Daten sind aber die zum etwa übereinstimmenden Zeitpunkt oder innerhalb einer sehr kurzen Zeit erhaltenen Daten, und daher können die berechneten Werte als ausreichend genau angesehen werden, wenn die Benutzer 15 und 16 langsam wandern und die Werte der Entfernung, des Höhenunterschieds und des Azimutwinkels aus den Datenwerten nicht genau gleichzeitig erhalten werden. Hier ist es möglich, das Ausführungsbeispiel so abzuändern, daß die zwischen den Ferngläsern 100 und 200 übermittelten Positionsinformationen die Zeitinformation nicht enthalten.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Protokolls. Entsprechend der in 4 gezeigten Kommunikation tauschen die Ferngläser 100 und 200 Positionsinformationen miteinander aus. Bei der in 5 gezeigten Kommunikation sendet nur das Fernglas 200 Positionsinformationen an das Fernglas 100, während dieses nur Informationen empfängt. In diesem Beispiel kann ein Datensendeschalter anstelle des Kommunikationswunschschalters in dem Fernglas des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen sein. Während der in 5 gezeigten Verarbeitung befinden sich beide Ferngläser 100 und 200 im Kommunikationsbetrieb.
Wenn der Datensendeschalter des Fernglases 200 betätigt wird, betätigt die zugehörige CPU 18 den Umschalter 19 zur Verbindung der Stabantenne 17 mit dem Datensender 9. Dann sendet das Fernglas 200 nacheinander ein Initiiersignal für den Datenstart, Positionsinformationen des Punktes B aus dem GPS-System und ein Datenendsignal.
Das Fernglas 100 empfängt das Datenstartsignal von dem Fernglas 200 sowie die Positionsinformationen und verarbeitet die empfangenen Daten, bis das Datenendsignal empfangen wird. Aus der von dem Fernglas 200 gesendeten Positionsinformaion und derjenigen des Fernglases 100 berechnet dieses die Position des Fernglases 200 relativ zu der eigenen Position (d.h. Position B relativ zu Position A) und zeigt die Rechenergebnisse an. In diesem Fall wird bei dem Fernglas 100 die Positionsinformation der Position A angezeigt, wenn ein Signal des Fernglases 200 empfangen wird. Alternativ ist es möglich, nichts anzuzeigen, wenn das Signal von dem Fernglas 200 empfangen wird.
6 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Kommunikation, bei der das Fernglas 200 Positionsinformationen der Position B an das Fernglas 100 abhängig von einem Datensendewunsch des Fernglases 100 abgibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Sendewunschschalter für die Datenabgabe vorgesehen anstelle des Kommunikationswunschschalters des ersten Ausführungsbeispiels. Beide Ferngläser 100 und 200 arbeiten im Kommunikationsbetrieb.
Wenn der Sendewunschschalter des Fernglases 100 während der in 6 gezeigten Kommunikation betätigt wird, schaltet die CPU 18 des Fernglases 100 den Umschalter 19 zur Verbindung der Stabantenne 17 mit dem Datensender 9, um ein Sendewunschsignal an das Fernglas 200 abzugeben und das Senden der Positionsinformation für die Position B anzufordern. Die CPU 18 des Fernglases 100 betätigt beim Senden des Sendewunschsignals den Umschalter 19 zur Verbindung der Stabantenne 19 mit dem Datenempfänger 10 und wartet auf die von dem Fernglas 200 zu sendenden Daten.
Bei Empfang des Sendewunschsignals von dem Fernglas 100 sendet das Fernglas 200 zunächst ein Datenstartsignal bei Beginn des Sendens der Positionsin formation, sowie dann die Positionsinformation der Position B. Dann sendet das Fernglas 200 ein Endsignal zur Kennzeichnung des Endes der Sendung der Positionsinformation. Das Fernglas 100 empfängt die Positionsinformation, wenn das Datenstartsignal nach Senden des Sendewunschsignals empfangen wird, bis das Endsignal von dem Fernglas 200 abgegeben wird, und zeigt dessen Position relativ zur eigenen Position an, abgeleitet aus der empfangenen Positionsinformation (der Position B) und der eigenen Positionsinformation (der Position A), die durch Satellitensignale erhalten wird.

Claims

Fernrohr zur Positionsbestimmung eines fernen Objekts und zum Beobachten eines Objektbildes in einem Sichtfeid, mit einem Positionsbestimmungssystem zum Berechnen der gegenwärtigen Position des Fernrohrs aus einem GPS-Satellitensignal, einem Kommunikationssystem, das mit einer externen Einrichtung in Verbindung steht, die Informationen über ihre Position senden kann, einem Relativpositionsbestimmungssystem zum Bestimmen der Relativposition der externen Einrichtung gegenüber derjenigen des Fernrohrs aus der mit dem Positionsbestimmungssystem erhaltenen aktuellen Position und von der externen Einrichtung empfangener Positionsinformation, und einem Anzeigesystem zur Anzeige von Informationen der Relativposition der externen Einrichtung gegenüber dem Fernrohr.
Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Relativpositionsbestimmungssystem durch Berechnung eine Entfernung, einen Höhenunterschied und einen Azimutwinkel zwischen dem Fernrohr und der externen Einrichtung bestimmt.
Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Relativpositionsbestimmungssystem die Relativposition aus der aktuellen Position und der Positionsinformation zu übereinstimmenden Zeitpunkten bestimmt.
Fernrohr nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesystem eine Anzeigevorrichtung zur visuellen Anzeige der Relativposition für den Benutzer des Fernrohrs enthält.
Fernrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung die Relativposition in dem Bildfeld des Fernrohrs darstellt.
Fernrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Doppelfernrohr ausgebildet ist.
Fernrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Datenübertragungssystem zum Übertragen der aktuellen, von dem Positionsbestimmungssystem bestimmten Position an die externe Einrichtung vorgesehen ist.
Fernrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesystem die aktuelle, von dem Positionsbestimmungssystem bestimmte Position zusätzlich zu der Relativposition zwischen Fernrohr und externer Einrichtung darstellt.
Fernrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesystem eine Anzeigevorrichtung zur visuellen Anzeige der aktuellen Position enthält.
Fernrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesystem die von der externen Einrichtung erhaltene Positionsinformation anzeigt.
Fernrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung die aktuelle Position in dem Bildfeld des Fernrohrs darstellt.