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一种高精度测速信号模拟方法

阅读:564发布:2021-04-13

专利汇可以提供一种高精度测速信号模拟方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种高 精度 测速 信号 模拟方法,涉及参数计算模 块 、中频导航信号生成模块、DAC模块和上变频模块,其中,参数计算模块根据所需模拟的测速信号的伪距、速度、 加速 度、加加速度,计算出相应的原始仿真k参数k0,k1,k2,k3,并可根据实际需要产生速度渐变或加速度渐变特性的k参数k0′,k1′,k2′,k3′;中频导航信号生成模块在k参数控制下,利用三阶累加环进行累加,产生精确测速信号的中频 数字信号 ;DAC模块和上变频模块将数字中频数字信号转换为射频 模拟信号 输出,本发明可以根据需要模拟出速度渐变或加速度渐变的测速信号,其速度的准确性不受影响且速度的精度可以控制,实现了高精度的测速信号模拟,适用于北斗、GPS、Galileo等信号的模拟过程。,下面是一种高精度测速信号模拟方法专利的具体信息内容。

1.一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)根据需要模拟的测速信号的伪距R(t)、速度v、加速度a、加加速度b,计算出相应的原始仿真k参数k0,k1,k2,k3,设原始仿真对应的t0时刻参数为k0,k1,k2,k3;t1时刻为t0+t,对应的参数为k0t1,k1t1,k2t1,k3t1;t2时刻为t0+2t,对应的参数为k0t2,k1t2,k2t2,k3t2......依次类推,tn时刻为t0+nt,对应的参数为k0tn,k1tn,k2tn,k3tn;
(2)设速度连续渐变的测速信号,t0时刻对应的k参数为k0′,k1′,k2′,k3′;t1时刻对应的k参数为k0t1′,k1t1′,k2t1′,k3t1′;t2时刻对应的k参数为k0t2′,k1t2′,k2t2′,k3t2′......依次类推,tn时刻对应的k参数为k0tn′,k1tn′,k2tn′,k3tn′,则t0、t1、t2......tn时刻的更新只更新k2′,k3′,且k参数的更新通过如下换算关系得到:
t0时刻:
k0′=k0,
k1′=k1,
k3′=k3;
t1时刻:
k3t1′=k3t1
t2时刻:
k3t2′=k3t2
依次类推
tn时刻:
k3tn′=k3tn
其中:M2为加速度累加寄存器的位宽;
(3)在步骤(2)中得到的k参数控制下,利用三阶累加环进行累加,产生测速信号的中频数字信号
(4)将中频数字信号转换为射频模拟信号并输出。
2.根据权利要求1所述的一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:所述步骤(2)
的k参数更新中t0、t1......tn时刻,得到k2′、k2t1′......k2tn′的具体方法如下:
对速度连续渐变的测速信号系数,在t0时刻,k0′=k0,k1′=k1,k3′=k3,在之后每次更新时,k0′、k1′不进行更新,即无效,k3t1′=k3t1,k3t2′=k3t2,k3t3′=k3t3......在t1时刻,三阶累加环速度上的累加值 为确保
速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
因为k0′=k0,k1′=k1,k3′=k3,则可推出t0时刻的k2′:
在t2时刻,三阶累加环速度上的累加值 为确
保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
因为k3t1′=k3t1,则可推出t1时刻的k2t1′:
依次类推,得出:
3.根据权利要求1所述的一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:针对速
度连续渐变的测速信号,速度精度V精度与加速度累加寄存器的位宽M2之间的关系为:
其中:fm表示载波频率,fc为时钟频率,c为光速。
4.根据权利要求1所述的一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:所述步骤(3)
中采用了三阶载波环累加器和三阶码环累加器,并利用如下公式仿真得到测速信号的中频数字信号τ(t);
其中:
R(t)是t时刻伪距,R0、v、a、b是R(t)的三阶泰勒展开系数,R0为伪距初值,v为速度,a为加速度,b为加加速度,C为光速;
R0、v、a、b分别对应相应的k参数。
5.一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)根据需要模拟的测速信号的伪距R(t)、速度v、加速度a、加加速度b,计算出相应的原始仿真k参数k0,k1,k2,k3,设原始仿真对应的t0时刻参数为k0,k1,k2,k3;t1时刻为t0+t,对应的参数为k0t1,k1t1,k2t1,k3t1;t2时刻为t0+2t,对应的参数为k0t2,k1t2,k2t2,k3t2......依次类推,tn时刻为t0+nt,对应的参数为k0tn,k1tn,k2tn,k3tn;
(2)设加速度连续渐变的测速信号,t0时刻对应的k参数为k0",k1",k2",k3";t1时刻对应的k参数为k0t1",k1t1",k2t1",k3t1";t2时刻对应的k参数为k0t2",k1t2",k2t2",k3t2"......依次类推,tn时刻对应的k参数为k0tn",k1tn",k2tn",k3tn",则t0、t1、t2......tn时刻的更新只更新k3",且k参数的更新通过如下换算关系得到:
t0时刻:
k0"=k0,
k1"=k1,
k2"=k2,
t1时刻:
t2时刻:
依次类推
tn时刻:
其中:M2为加速度累加寄存器的位宽;
(3)在步骤(2)中得到的k参数控制下,利用三阶累加环进行累加,产生测速信号的中频数字信号;
(4)将中频数字信号转换为射频模拟信号并输出。
6.根据权利要求5所述的一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:所述步骤(2)
的k参数更新中t0、t1......tn时刻,得到k3"、k3t1"......k3tn"的具体方法如下:
对加速度连续渐变的测速信号系数,在t0时刻,k0"=k0,k1"=k1,k3"=k3;在之后每次更新时,k0"、k1"、k2"不进行更新,只更新k3",k3t1",k3t2"......k3tn";
在t1时刻,三阶累加环速度上的累加值 为确
保加速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
因为k0"=k0,k1"=k1,k2"=k2,则可推出t0时刻的k3":
在t2时刻,三阶累加环速度上的累加值 为
确保加速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
因为k2t1"=k2t1,则可推出t1时刻的k3t1":
依次类推,得出:
7.根据权利要求5所述的一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:针对加速
度连续渐变的测速信号,速度精度v精度与加速度累加寄存器的位宽M2之间的关系为:
其中:fm表示载波频率,fc为时钟频率,c为光速。
8.根据权利要求5所述的一种高精度测速信号模拟方法,其特征在于:所述步骤(3)
中采用了三阶载波环累加器和三阶码环累加器,并利用如下公式仿真得到测速信号的中频数字信号τ(t);
其中:
R(t)是t时刻伪距,R0、v、a、b是R(t)的三阶泰勒展开系数,R0为伪距初值,v为速度,a为加速度,b为加加速度,C为光速;
R0、v、a、b分别对应相应的k参数。

说明书全文

一种高精度测速信号模拟方法

技术领域

[0001] 本发明属于卫星导航技术领域,涉及一种高精度测速信号模拟方法。

背景技术

[0002] 高精度测速信号生成,主要是生成面向接收机天线口面的卫星导航信号,分为纯软件仿真和射频信号仿真两种。纯软件仿真,依据导航信号的格式和基于接收机天线口面的导航信号数学模型,通过软件编程的方式计算求得射频信号采样数据,主要供非实时软件接收机的研究开发使用。射频信号仿真,依据基于接收机天线口面的导航信号数学模型,模拟接收机接收真实卫星信号的环境,生成实时的物理的射频信号,可供各种类型导航接收机的研究开发使用。纯软件的卫星导航信号仿真,国内外公开发表的文献较多。而生成物理射频信号的卫星导航信号仿真,国内的研究属于起步阶段,国外未见公开文献发表。
[0003] 现有的信号模拟方法,由于每隔一段时间,会对k0,k1,k2,k3进行更新下写,因此信号的伪距、速度、加速度和加加速度是有跳变的。国内有文献提出对伪距进行处理,使得伪距平滑,但是没有对速度或加速度处理的文献。当速度或加速度上有跳变时,会对某些接收机的环路造成冲击,使得环路失

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种高精度测速信号模拟方法,该方法可以根据需要,模拟出速度渐变或加速度渐变的测速信号,其速度的准确性不受影响且速度的精度可以控制,实现了高精度的测速信号模拟。
[0005] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:
[0006] 一种高精度测速信号模拟方法,包括如下步骤:
[0007] (1)根据需要模拟的测速信号的伪距R(t)、速度v、加速度a、加加速度b,计算出相应的原始仿真k参数k0,k1,k2,k3,设原始仿真对应的t0时刻参数为k0,k1,k2,k3;t1时刻为t0+t,对应的参数为k0t1,k1t1,k2t1,k3t1;t2时刻为t0+2t,对应的参数为k0t2 ,k1t2,k2t2,k3t2......依次类推,tn时刻为t0+nt,对应的参数为k0tn,k1tn,k2tn,k3tn;
[0008] (2)设速度连续渐变的测速信号,t0时刻对应的k参数为k0′,k1′,k2′,k3′;t1时刻对应的k参数为k0t1′,k1t1′,k2t1′,k3t1′;t2时刻对应的k参数为k0t2′,k1t2′,k2t2′,k3t2′......依次类推,tn时刻对应的k参数为k0tn′,k1tn′,k2tn′,k3tn′,则t0、t1、t2、......tn时刻的更新只更新k2′,k3′,且k参数的更新通过如下换算关系得到:
[0009] t0时刻:
[0010] k0′=k0,
[0011] k1′=k1,
[0012]
[0013] k3′=k3;
[0014] t1时刻:
[0015]
[0016] 3t1′=k3t1
[0017] t2时刻:
[0018]
[0019] k3t2′=k3t2
[0020] 依次类推
[0021] tn时刻:
[0022]
[0023] k3tn′=k3tn
[0024] 其中:M2为加速度累加寄存器的位宽;
[0025] (3)在步骤(2)中得到的k参数控制下,利用三阶累加环进行累加,产生测速信号的中频数字信号
[0026] (4)将中频数字信号转换为射频模拟信号并输出。
[0027] 在上述高精度测速信号模拟方法中,步骤(2)的k参数更新中t0、t1......tn时刻,得到k2′、k2t1′......k2tn′的具体方法如下:
[0028] 对速度连续渐变的测速信号系数,在t0时刻,k0′=k0,k1′=k1,k3′=k3。在之后每次更新时,k0′、k1′不进行更新,即无效,k3t1=k3t1,k3t2′=k3t2,k3t3′=k3t3........[0029] 在t1时刻,三阶累加器速度上的累加值 为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
[0030]
[0031] 因为k0′=k0,k1′=k1,k3′=k3,则可推出t0时刻的k2′:
[0032]
[0033] 在t2时刻,三阶累加器速度上的累加值为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
[0034]
[0035] 因为k3t1′=k3t1,则可推出t1时刻的k2t1′:
[0036]
[0037] 依次类推,得出:
[0038]
[0039] 在上述高精度测速信号模拟方法中,针对速度渐变连续的高精度测速信号,速度精度v与加速度累加寄存器的位宽M2之间的关系为: 其中:fm:表示载波频率,fc为时钟频率,c为光速。
[0040] 在上述高精度测速信号模拟方法中,步骤(3)中采用了三阶载波环累加器和三阶码环累加器,并利用如下公式仿真得到测速信号的中频数字信号τ(t);
[0041]
[0042] 其中:
[0043] R(t)是t时刻伪距,R0、v、a、b是R(t)的三阶泰勒展开系数,R0为伪距初值,v为速度,a为加速度,b为加加速度,C为光速;
[0044] R0、v、a、b分别对应相应的k参数。
[0045] 一种高精度测速信号模拟方法,包括如下步骤:
[0046] (1)根据需要模拟的测速信号的伪距R(t)、速度v、加速度a、加加速度b,计算出相应的原始仿真k参数k0,k1,k2,k3,设原始仿真对应的t0时刻参数为k0,k1,k2,k3;t1时刻为t0+t,对应的参数为k0t1,k1t1,k2t1,k3t1;t2时刻为t0+2t,对应的参数为k0t2,k1t2,k2t2,k3t2......依次类推,tn时刻为t0+nt,对应的参数为k0tn,k1tn,k2tn,k3tn;
[0047] (2)设加速度连续渐变的测速信号,t0时刻对应的k参数为k0″,k1″,k2″,k3″;t1时刻对应的k参数为k0t1″,k1t1″,k2t1″,k3t1″;t2时刻对应的k参数为k0t2″,k1t2″,k2t2″,k3t2″......依次类推,tn时刻对应的k参数为k0tn″,k1tn″,k2tn″,k3tn″,则t0、t1、t2......tn时刻的更新只更新k3″,且k参数的更新通过如下换算关系得到:
[0048] t0时刻:
[0049] k0″=k0,
[0050] k1″=k1,
[0051] k2″=k2,
[0052]
[0053] t1时刻:
[0054]
[0055] t2时刻:
[0056]
[0057] 依次类推
[0058] tn时刻:
[0059]
[0060] 其中:M2为加速度累加寄存器的位宽;
[0061] (3)在步骤(2)中得到的k参数控制下,利用三阶累加环进行累加,产生测速信号的中频数字信号;
[0062] (4)将中频数字信号转换为射频模拟信号并输出。
[0063] 在上述高精度测速信号模拟方法中,步骤(2)的k参数更新中t0、t1......tn时刻,得到k3′、k3t1′......k3tn′的具体方法如下:
[0064] 对加速度连续渐变的测速信号系数,在t0时刻,k0″=k0,k1″=k1,k3″=k3。在之后每次更新时,k0″、k1″、k2″不进行更新,只更新k3″,k3t1″,k3t2″......k3tn′;
[0065] 在t1时刻,三阶累加器速度上的累加值为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
[0066]
[0067] 因为k0″=k0,k1″=k1,k2″=k2,则可推出t0时刻的k3″:
[0068]
[0069] 在 t2 时 刻, 三 阶 累 加 器 速 度 上 的 累 加 值为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的
速度与原始仿真一致,则:
[0070]
[0071] 因为k2t1″=k2t1,则可推出t1时刻的k3t1″:
[0072]
[0073] 依次类推,得出:
[0074]
[0075] 在上述高精度测速信号模拟方法中,针对加速度渐变连续的高精度测速信号,速度精度v与加速度累加寄存器的位宽M2之间的关系为: 其中:fm:表示载波频率,fc为时钟频率,c为光速。
[0076] 在上述高精度测速信号模拟方法中,步骤(3)中采用了三阶载波环累加器和三阶码环累加器,并利用如下公式仿真得到测速信号的中频数字信号τ(t);
[0077]
[0078] 其中:
[0079] R(t)是t时刻伪距,R0、v、a、b是R(t)的三阶泰勒展开系数,R0为伪距初值,v为速度,a为加速度,b为加加速度,C为光速;
[0080] R0、v、a、b分别对应相应的k参数。
[0081] 本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0082] (1)本发明提出的高精度测速信号模拟方法在原有的三阶累加环的基础上进行了改进,将原来每次更新时,速度或加速度上产生的非连续性变化进行修整,即用一组新的参数代替原来计算的参数,并且在伪距、速度阶不进行参数更新,使得速度或加速度能够连续变化,并且在更新时刻,模拟出的测速信号与原始仿真的速度相同,速度的准确性不受影响且速度的精度可以控制,实现了高精度的测速信号模拟;
[0083] (2)本发明通过信号模拟模中模拟速度的寄存器的位宽来实现不同速度精度的控制,达到对资源的合理利用;
[0084] (3)本发明针对速度连续渐变的测速信号,只更新k2′,k3′,针对加速度连续渐变的测速信号,只更新k3″,并通过计算推导出更新后的参数换算关系,保证了速度或加速度的平滑性,减少对接收系统的环路冲击。
[0085] (4)本发明的高精度测速导航信号模拟方法,适用于北斗、GPS、Galileo等信号的模拟过程,具有较广的应用范围。附图说明
[0086] 图1为本发明高精度测速信号模拟系统结构框图
[0087] 图2为本发明三阶累加环结构图。

具体实施方式

[0088] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0089] 本发明涉及的高精度测速信号生成,指的是射频信号仿真。在测速信号生成过程中,关键模块为实时更新的中频导航信号生成模块,其核心为三阶累加器。对于高动态信号τ(t),采用如下表达式:
[0090]
[0091] 其中R(t)是t时刻伪距,R0、v、a、b是R(t)的三阶泰勒展开系数,R0为伪距初值,v为速度,a为加速度,b为加加速度,C为光速。R0、v、a、b由参数计算模块仿真得到,分别对应相应的控制参数k0,k1,k2,k3。中频导航信号生成模块采用直接数字合成的方法实现的高动态高精度导航信号的仿真,采用了三阶载波环累加器和三阶码环累加器实现对式(1)中τ(t)的仿真。
[0092] 计算参数通过如下公式进行:
[0093]
[0094]
[0095]
[0096]
[0097] 其中,K0、K1、K2和K3为中间变量:
[0098]
[0099] C1和C2为截断位数,M0、M1和M2为三阶累加器的位宽。
[0100] 如图1所示为本发明高精度测速信号模拟系统结构框图,本发明高精度测速信号模拟方法通过该系统实现,该系统包括参数计算模块、中频导航信号生成模块、DAC模块和上变频模块。
[0101] 参数计算模块中生成的原始仿真的速度、加速度、加加速度是非连续的,对应的k系列参数为k0,k1,k2,k3,每隔时间t将参数更新至中频导航信号生成模块;测速信号可根据需求转变为速度渐变或加速度渐变特性高精度测速信号,对应的k系列参数为k0′,k1′,k2′k3′。
[0102] 假定原始仿真在t0时刻的速度、加速度、加加速度分别为v、a、b,根据式(2)可算的相应的k0,k1,k2,k3。设加速度累加寄存器的位宽为M2,累加值为count3;速度累加寄存器的位宽为M1,累加值为count2;伪距累加寄存器的位宽为M0,累加值为count1,如图2所示为本发明三阶累加环结构图。
[0103] 一、针对速度连续渐变的测速信号,在第一次更新时k0′,k1′,k2′,k3′,在之后更新时,只更新k2′,k3′。其对应的参数有如下推算关系:
[0104] 设原始仿真对应的t0时刻参数为k0,k1,k2,k3;t1时刻为t0+t,对应的参数为k0t1,k1t1,k2t1,k3t1;t2时刻为t0+2t,对应的参数为k0t2,k1t2,k2t2,k3t2......依次类推,tn时刻为t0+nt,对应的参数为k0tn,k1tn,k2tn,k3tn;
[0105] 设速度连续渐变的测速信号,t0时刻对应的k参数为k0′,k1′,k2′,k3′;t1时刻对应的k参数为k0t1′,k1t1′,k2t1′,k3t1′;t2时刻对应的k参数为k0t2′,k1t2′,k2t2′,k3t2′......依次类推,tn时刻对应的k参数为k0tn′,k1tn′,k2tn′,k3tn′,[0106] 换算公式为:
[0107] t0时刻:
[0108] k0′=k0,
[0109] k1′=k1,
[0110]
[0111] k3′=k3; (4)
[0112] t1时刻:
[0113]
[0114] k3t1′=k3t1 (5)
[0115] t2时刻:
[0116]
[0117] k3t2′=k3t2 (6)
[0118] 之后时刻可以此类推。
[0119] tn时刻:
[0120]
[0121] k3tn′=k3tn (7)
[0122] 具体推理过程如下:
[0123] 对速度连续渐变的测速信号系数,在t0时刻,k0′=k0,k1′=k1,k3′=k3。在之后每次更新时,k0′、k1′不进行更新,即无效,k3t1′=k3t1,k3t2′=k3t2,k3t3′=k3t3......[0124] 在t1时刻,三阶累加器速度上的累加值 为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
[0125]
[0126] ∵k0′=k0,k1′=k1,k3′=k3,则可推出t0时刻的k2′:
[0127]
[0128] 在t2时刻,三阶累加器速度上的累加值为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
[0129]
[0130] 因为k3t1′=k3t1,则可推出t1时刻的k2t1′:
[0131]
[0132] 之后时刻可以此类推。
[0133]
[0134] 二、针对加速度连续渐变的测速信号,在第一次更新时k0″,k1″,k2″,k3″,在之后更新时,只更新k3″。其对应的参数有如下推算关系:
[0135] 设原始仿真对应的t0时刻参数k0,k1,k2,k3;t1时刻为t0+t,对应的参数为k0t1,k1t1,k2t1,k3t1;t2时刻为t0+2t,对应的参数为k0t2,k1t2,k2t2,k3t2......依次类推,tn时刻为t0+nt,对应的参数为k0tn,k1tn,k2tn,k3tn;
[0136] 设加速度连续渐变的测速信号,t0时刻对应的k参数为k0″,k1″,k2″,k3″;t1时刻对应的k参数为k0t1″,k1t1″,k2t1″,k3t1″;t2时刻对应的k参数为k0t2″,k1t2″,k2t2″,k3t2″......依次类推,tn时刻对应的k参数为k0tn″,k1tn″,k2tn″,k3tn″;
[0137] 换算公式为:
[0138] t0时刻:
[0139] k0″=k0,
[0140] k1″=k1,
[0141] k2″=k2,
[0142]
[0143] t1时刻:
[0144]
[0145] t2时刻:
[0146]
[0147] 依次类推
[0148] tn时刻:
[0149]
[0150] 具体推理过程如下:
[0151] 对加速度连续渐变的测速信号系数,在t0时刻,k0″=k0,k1″=k1,k3″=k3。在之后每次更新时,k0″、k1″、k2″不进行更新,只更新k3″,k3t1″,k3t2″......k3tn′;
[0152] 在t1时刻,三阶累加器速度上的累加值为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的速度与原始仿真一致,则:
[0153]
[0154] 因为k0″=k0,k1″=k1,k2″=k2,则可推出t0时刻的k3″:
[0155]
[0156] 在 t2 时 刻, 三 阶 累 加 器 速 度 上 的 累 加 值为确保速度连续渐变的测速信号系数模拟出的
速度与原始仿真一致,则:
[0157]
[0158] 因为k2t1″=k2t1,则可推出t1时刻的k3t1″:
[0159]
[0160] 依次类推,得出:
[0161]
[0162] 此外,针对速度渐变连续或加速度渐变连续的高精度测速信号,其速度精度根据 当k1=1时,可获得速度精度V与速度寄存器位宽M2之间的关系:(fm:表示载波频率,fc为时钟频率,c为光速)。
[0163] 在上述得到的k参数控制下,中频导航信号生成模块利用三阶累加环进行累加,产生测速信号的中频数字信号τ(t)。
[0164] 具体采用如下表达式:
[0165]
[0166] 其中R(t)是t时刻伪距,R0、v、a、b是R(t)的三阶泰勒展开系数,R0为伪距初值,v为速度,a为加速度,b为加加速度,C为光速。R0、v、a、b由参数计算模块仿真得到,分别对应相应的控制参数k0,k1,k2,k3。
[0167] DAC模块将中频数字信号τ(t)转换为中频模拟信号,上变频模块将中频模拟信号转换为射频模拟信号输出。
[0168] 以上所述,仅为本发明最佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0169] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
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