方位向变速扫描星载TOPS SAR信号处理方法

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作者 陈阳阳 徐伟 +1 位作者 黄平平 谭维贤 《信号处理》 北大核心 2025年第3期426-436,共11页

循序扫描地形观测模式(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPS)是星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的一种工作模式,具有宽测绘带的特点。因为星载TOPS SAR的这一特点,该模式被广泛应用于军事和民用领域。在宽... 循序扫描地形观测模式(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPS)是星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的一种工作模式,具有宽测绘带的特点。因为星载TOPS SAR的这一特点,该模式被广泛应用于军事和民用领域。在宽测绘带的条件下,TOPS SAR扫描场景内目标的类型会相对变多,目标的方位向分辨率需求也随着目标类型的增多而增多,但一般的TOPS SAR的方位向分辨率单一,不能满足大扫描区域内多种不同类型目标的方位向分辨率需求。方位向变速扫描星载TOPS SAR通过调整SAR天线波束的扫描速率对观测区域进行变速扫描,让不同方位位置的目标拥有不同的扫描时间,从而获得关于不同方位位置目标的不同信息量。因此方位向变速扫描星载TOPS SAR可以实现在同一扫描区域内获得多个方位向分辨率,从而同时满足多个不同类型目标的方位向分辨率需求。但对于方位向变速扫描的星载TOPS SAR信号,一般的信号处理方法不再适用。针对这一问题,本文结合方位向变速扫描星载TOPS SAR信号特点,提出了一种适用于方位向变速扫描TOPS SAR的信号处理方法。其中第一步,利用多普勒中心移除处理和方位向补零处理来尽量消除信号的多普勒混叠现象;第二步,通过去斜、升采样等处理让信号的方位向多普勒总带宽小于SAR系统的脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF),从而完全消除了信号的多普勒混叠现象;第三步,通过乘以原始多普勒历程恢复函数来恢复信号在没有处理前的多普勒历程,接着进行距离徙动矫正和距离向压缩;最后,采用瞬时信号相移函数和尺度傅里叶变换(Scaled Fourier Transform,SCFT)消除波束旋转中心到卫星的距离变化对方位向距离采样间隔的影响并进行方位向压缩得到SAR图像。通过点目标仿真实验和场景分布目标模拟实验,并对比目标的成像性能指标验证了目标成像结果的正确性和所提方位向变速扫描TOPS SAR的信号处理方法的有效性。本文提出的方位向变速扫描TOPS SAR信号处理方法解决了该扫描模式信号的多普勒混叠问题,并能对目标进行精准成像,且实现了在同一测绘带内获得不同方位向分辨率,同时满足了大扫描范围内不同类型目标的方位向分辨率需求,为需要不同方位向分辨率的应用场景提供了便利。 展开更多

关键词 循序扫描地形观测模式 方位向分辨率 变速扫描 多普勒带宽

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基于频域扩展和SPECAN的全孔径TOPSAR成像算法 被引量：4

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作者 陈祺 黄海风 +2 位作者 何峰 梁甸农 董臻 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第10期2445-2450,共6页

TOPSAR(Terrain Observation by Progressive scans SAR)是星载SAR的一种新工作模式,这种工作模式在保持ScanSAR宽测绘带优点的同时,解决了扇贝效应(scalloping)等问题,具有广泛的应用前景。针对TOPSAR信号在时域和频域都混叠的特点,该... TOPSAR(Terrain Observation by Progressive scans SAR)是星载SAR的一种新工作模式,这种工作模式在保持ScanSAR宽测绘带优点的同时,解决了扇贝效应(scalloping)等问题,具有广泛的应用前景。针对TOPSAR信号在时域和频域都混叠的特点,该文提出了一种新的全孔径TOPSAR成像算法,算法利用频域扩展来解决TOPSAR的频域混叠问题,利用SPECAN(SPECtral ANalysis)技术来避免输出图像时域混叠,结构紧凑,处理效率较高。通过点阵目标和分布目标的仿真来验证了算法的有效性,并分析了算法的计算量,通过与几种现有的全孔径成像算法对比,说明了算法的高效性。 展开更多

关键词 合成孔径雷达 扫描合成孔径雷达 方位向电扫描合成孔径雷达(topsar) 成像算法

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三通道TOPSAR-GMTI技术研究 被引量：4

3

作者 黄大荣 孙光才 +3 位作者 吴玉峰 周峰 邢孟道 保铮 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期41-48,共8页

多通道宽带雷达不仅要求能够对大场景进行高分辨成像,而且要求具有动目标检测的能力。该文提出一种三通道TOPSAR模式下对地面动目标检测与定位(GMTI)的方法。首先建立三通道TOPSAR-GMTI系统几何模型,并对三通道回波数据进行全孔径成像,... 多通道宽带雷达不仅要求能够对大场景进行高分辨成像,而且要求具有动目标检测的能力。该文提出一种三通道TOPSAR模式下对地面动目标检测与定位(GMTI)的方法。首先建立三通道TOPSAR-GMTI系统几何模型,并对三通道回波数据进行全孔径成像,然后采用相位中心偏置天线(DPCA)和双门限单元平均恒虚警(CFAR)检测方法完成动目标的检测,最后推导出TOPSAR-GMTI模式下动目标干涉相位与速度的关系,完成对动目标的速度估计并在SAR图像中对其进行重新精确定位。仿真数据处理结果验证了该算法的有效性。 展开更多

关键词 地面动目标检测 topsar 全孔径成像 相位中心偏置天线 定位

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基于方位向预处理和后处理的TOPSAR成像方法 被引量：5

4

作者 徐伟 邓云凯 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期798-804,共7页

Burst工作模式和方位波束主动扫描使得TOPSAR(Terrain Observation by Progressive scans SAR)回波信号同时具备ScanSAR和聚束模式回波信号特点,即方位输出时间混叠和多普勒频谱混叠。虽然时域和频域同时升采样操作能够解决混叠问题,但... Burst工作模式和方位波束主动扫描使得TOPSAR(Terrain Observation by Progressive scans SAR)回波信号同时具备ScanSAR和聚束模式回波信号特点,即方位输出时间混叠和多普勒频谱混叠。虽然时域和频域同时升采样操作能够解决混叠问题,但同时带来成像运算量明显提高和内存消耗显著增大的问题。针对TOPSAR回波信号特殊的方位时频关系,该文提出一种结合方位向预处理和后处理的TOPSAR成像方法。该方法利用复制拼接和去斜的方法来解决混叠问题,利用信号截取操作剔除干扰信号,同时还可以减少采样点数,提高算法运算效率。点目标和分布目标的仿真结果验证了这种成像方法的有效性。 展开更多

关键词 topsar Burst模式 波束扫描 混叠 CS算法

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星载TOPSAR方位变标成像算法 被引量：6

5

作者 徐伟 邓云凯 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期913-918,共6页

Burst工作模式和方位波束主动扫描使得TOPSAR回波信号同时存在多普勒频率混叠和方位输出时间混叠的问题.时域和频域同时升采样操作的"全孔径"方法虽然能够解决混叠问题,但同时带来成像运算量和内存消耗显著增加.根据星载TOPSA... Burst工作模式和方位波束主动扫描使得TOPSAR回波信号同时存在多普勒频率混叠和方位输出时间混叠的问题.时域和频域同时升采样操作的"全孔径"方法虽然能够解决混叠问题,但同时带来成像运算量和内存消耗显著增加.根据星载TOPSAR回波特殊的方位时频关系,提出了一种结合方位变标操作的CS成像算法.方位变标操作可以避免"子孔径"分块和拼接操作,且更加有利于方位"锯齿状"天线方向图的补偿,同时该算法不需要进一步的方位时域扩展,从而大大提高了成像算法的效率.文中点目标和分布目标的仿真结果验证该算法的有效性. 展开更多

关键词 topsar 脉冲串模式 混叠 天线方向图补偿 CS算法

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基于二维Chirp-Z变换的星载TOPSAR成像算法 被引量：5

6

作者 徐伟 邓云凯 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第11期2679-2685,共7页

TOPSAR是一种新型的星载SAR宽幅测绘模式。该模式成像算法需要解决三大问题:多普勒频谱混叠、较大的距离徙动和方位输出时间混叠。针对这些问题,该文提出了一种基于2维Chirp-Z变换的成像算法,给出了该算法的完整推导过程和各传递函数的... TOPSAR是一种新型的星载SAR宽幅测绘模式。该模式成像算法需要解决三大问题:多普勒频谱混叠、较大的距离徙动和方位输出时间混叠。针对这些问题,该文提出了一种基于2维Chirp-Z变换的成像算法,给出了该算法的完整推导过程和各传递函数的表达式。其中,方位去斜预滤波处理能够在较少的方位总采样点数下解决多普勒频谱混叠;距离向和方位向Chirp-Z变换能够分别完成距离徙动校正和方位信号聚焦。由于该算法只需要在方位向上增加较少的采样点数,且不涉及任何插值操作,故其具有较高的运算效率。仿真数据处理结果验证了提出成像算法的有效性。 展开更多

关键词 topsar 混叠 距离徙动校正 CHIRP-Z变换

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高效星载TOPSAR场景回波信号模拟方法 被引量：1

7

作者 徐伟 邓云凯 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期187-193,共7页

星载TOPSAR回波信号模拟中时域逐点法运算效率低,而2维频域法又无法直接模拟星载TOPSAR回波信号。针对这个问题,该文提出了一种高效的星载TOPSAR模式场景回波模拟方法。该方法在距离向上利用参考点回波与场景散射矩阵卷积完成,在方位向... 星载TOPSAR回波信号模拟中时域逐点法运算效率低,而2维频域法又无法直接模拟星载TOPSAR回波信号。针对这个问题,该文提出了一种高效的星载TOPSAR模式场景回波模拟方法。该方法在距离向上利用参考点回波与场景散射矩阵卷积完成,在方位向上采用对逐个慢时间进行模拟和存储。文中详细给出该方法的处理流程,分析了该方法的运算量,同时还对比了点目标模拟结果与精确的时域模拟方法的差异,最后利用模拟回波信号的成像及干涉结果验证了该文方法的有效性。 展开更多

关键词 合成孔径雷达 TOPS模式 回波模拟 成像算法 干涉

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基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法

8

作者 徐伟 邓云凯 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1762-1768,共7页

方位向DPCA多通道技术能够提高星载TOPSAR模式的方位分辨率,但TOPSAR回波信号的场景多普勒频谱混叠和方位非均匀采样给多通道TOPSAR成像带来了困难。针对这个问题,提出了一种基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法。该方法通过调整方... 方位向DPCA多通道技术能够提高星载TOPSAR模式的方位分辨率,但TOPSAR回波信号的场景多普勒频谱混叠和方位非均匀采样给多通道TOPSAR成像带来了困难。针对这个问题,提出了一种基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法。该方法通过调整方位向发射/接收子孔径的等效相位中心位置,使等效相位中心分布基本满足均匀采样的要求,同时利用复制拼接的方法解决了TOPSAR多普勒频谱混叠问题,最后利用改进的SPECAN算法完成聚焦成像。该成像方法避免了方位向多通道非均匀采样信号的重构操作,同时复制拼接操作和改进的SPECAN算法避免了方位向数据分块操作和方位时域的扩展。点目标和分布目标的仿真结果验证了提出的成像方法。 展开更多

关键词 topsar 偏置相位中心天线 混叠 频谱分析 CHIRP-Z变换

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一种基于子孔径处理的双侧TOPSAR成像信号处理算法

9

作者 丁岚 沈薇 +1 位作者 王晨沁 毛新华 《信号处理》 CSCD 北大核心 2017年第3期352-358,共7页

TOPSAR通过波束快速扫描可以极大地提高SAR的测绘效率,然而传统TOPSAR模式波束只在雷达一侧扫描,为了进一步提高SAR的测绘效率,提出了一种改进的TOPS模式,即双侧TOPSAR模式。在该模式下,雷达左右两侧分时快速扫描,可以克服传统扫描模式... TOPSAR通过波束快速扫描可以极大地提高SAR的测绘效率,然而传统TOPSAR模式波束只在雷达一侧扫描,为了进一步提高SAR的测绘效率,提出了一种改进的TOPS模式,即双侧TOPSAR模式。在该模式下,雷达左右两侧分时快速扫描,可以克服传统扫描模式只能一侧成像的缺陷。针对该新模式,提出了一种基于子孔径的成像处理方法,该方法通过子孔径成像并进行图像拼接,实现天线波束扫描与成像同时进行。仿真和实测数据处理结果验证了该算法的有效性。 展开更多

关键词 合成孔径雷达 循序扫描地形观测 子孔径处理

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一种宽幅星载TOPSAR数据高效成像算法 被引量：2

10

作者 高贺利 陈杰 +1 位作者 杨威 李春升 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2020年第2期204-209,共6页

得益于天线波束方位向扫描技术,星载合成孔径雷达(SAR)能够在渐进扫描模式(TOPS)下实现宽测绘带观测.在TOPS模式下,SAR波束沿着方位向进行逆时针反复扫描,并在距离向上进行多次切换,从而获取多个图像切片(burst).为了获得均匀采样的完... 得益于天线波束方位向扫描技术,星载合成孔径雷达(SAR)能够在渐进扫描模式(TOPS)下实现宽测绘带观测.在TOPS模式下,SAR波束沿着方位向进行逆时针反复扫描,并在距离向上进行多次切换,从而获取多个图像切片(burst).为了获得均匀采样的完整成像结果,通常需要对各burst进行重采样,但这会增加额外的计算量,降低处理效率.本文提出了一种宽幅星载TOPSAR数据高效成像算法.首先,在去斜率操作中引入一种新的插值方法,可以灵活地调整最终图像的方位采样间隔,方便进行图像拼接.该方法避免了在聚焦处理前的补零操作,从而降低计算量.在此基础上,本文结合TOPS模式多burst的特点,设计了一种GPU并行处理架构,成倍地提高数据处理效率.最后,根据仿真数据进行了实验,验证了该成像算法的有效性和高效性. 展开更多

关键词 合成孔径雷达(sar) 渐进扫描(TOPS) 插值 图形处理单元(GPU)

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基于斜视TOPSAR的星载区域监视GMTI方法研究 被引量：1

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作者 曾祥杰 齐向阳 《雷达学报（中英文）》 CSCD 2015年第4期401-410,共10页

无论在军事上还是在民用中,对大范围区域内的运动目标进行实时监视与检测都非常重要,传统区域监视采用机载扫描模式(ScanSAR),受到国界领空限制,并且ScanSAR固有的特性导致其不适用于在星载平台上进行运动目标区域监视。该文提出一种基... 无论在军事上还是在民用中,对大范围区域内的运动目标进行实时监视与检测都非常重要,传统区域监视采用机载扫描模式(ScanSAR),受到国界领空限制,并且ScanSAR固有的特性导致其不适用于在星载平台上进行运动目标区域监视。该文提出一种基于斜视TOPSAR的星载区域监视GMTI方法。该方法采用TOPSAR模式,改善了ScanSAR在星载条件下的低信杂比和信噪比问题。该方法利用斜视TOPSAR全孔径成像算法进行成像,并采用相位中心偏置天线(DPCA)和双门限单元平均恒虚警(CFAR)检测方法对动目标进行检测,利用推导出的运动目标的干涉相位与速度关系,对运动目标的速度进行估计和定位。另外,该文还分析了真实数据和仿真数据之间可能存在的差异及如何降低差异带来的影响。仿真结果验证了该方法的有效性。 展开更多

关键词 topsar 区域监视(RS) 地面运动目标检测(GMTI) 相位中心偏置天线(DPCA)

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一种新的大斜视TOPS SAR全孔径成像方法 被引量：7

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作者 杨军 李震宇 +2 位作者 孙光才 邢孟道 周峰 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期42-48,55,共8页

针对大斜视模式导致回波信号距离向和方位向耦合严重,循序扫描地形观测模式波束指向的变化导致全孔径回波信号的方位带宽大于系统脉冲重复频率,引起方位谱模糊的问题,提出了一种基于修正距离徙动算法和方位谱分析的全孔径成像算法.对于... 针对大斜视模式导致回波信号距离向和方位向耦合严重,循序扫描地形观测模式波束指向的变化导致全孔径回波信号的方位带宽大于系统脉冲重复频率,引起方位谱模糊的问题,提出了一种基于修正距离徙动算法和方位谱分析的全孔径成像算法.对于全孔径数据,首先通过方位预处理获取信号无模糊的二维频谱,然后采用修正距离徙动算法进行距离徙动校正,最后通过谱分析技术和方位去斜技术将信号聚焦在方位频域.仿真实验和实测数据结果验证了该算法的有效性. 展开更多

关键词 大斜视 循序扫描 地形观测 方位预处理 修正距离徙动算法 谱分析

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基于方位谱分析的斜视TOPS SAR子孔径成像方法 被引量：4

13

作者 杨军 孙光才 +1 位作者 吴玉峰 邢孟道 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期923-931,共9页

斜视TOPS SAR成像处理需要解决3大问题:方位频谱混叠,距离和方位耦合严重,方位输出时域混叠。针对上述问题,该文提出一种基于谱分析的子孔径成像处理方法。首先对子孔径数据在时域适当进行扩展并获取无模糊的2维频谱,然后采用修正的距... 斜视TOPS SAR成像处理需要解决3大问题:方位频谱混叠,距离和方位耦合严重,方位输出时域混叠。针对上述问题,该文提出一种基于谱分析的子孔径成像处理方法。首先对子孔径数据在时域适当进行扩展并获取无模糊的2维频谱,然后采用修正的距离徙动算法进行距离徙动校正和距离脉冲压缩,最后在方位频域对子孔径信号进行拼接处理,获得全孔径信号无模糊的方位频谱并结合谱分析技术将信号聚焦在方位频域。仿真结果验证了该算法的有效性。 展开更多

关键词 合成孔径雷达 斜视TOPS sar 子孔径处理 修正的距离徙动算法 谱分析

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方位向电扫描SAR系统参数设计与仿真验证 被引量：2

14

作者 陈祺 黄海风 +2 位作者 董臻 梁甸农 何峰 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期68-72,共5页

方位向电扫描SAR(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPSAR)是星载SAR的一种全新工作模式,这种工作模式通过天线波束在方位向扫描,在保持ScanSAR宽测绘带优点的同时,解决了扇贝效应(scalloping)问题。针对这种工作模式要求天... 方位向电扫描SAR(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPSAR)是星载SAR的一种全新工作模式,这种工作模式通过天线波束在方位向扫描,在保持ScanSAR宽测绘带优点的同时,解决了扇贝效应(scalloping)问题。针对这种工作模式要求天线在方位向和距离向都进行扫描的特点,推导了方位分辨率与扫描周期的具体关系,进而分析了系统参数的约束关系,提出了适于工程设计的系统参数设计方法。最后,用TerraSAR-X的参数进行了一组设计,以该设计结果为输入参数,运用SBRAS(SpaceBorne Radar Advance Simulator)进行了信号仿真,仿真结果验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 扫描合成孔径雷达 方位向电扫描合成孔径雷达 参数设计 仿真

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基于条带模式GEOSAR-TOPS模式UAVSAR的双基成像算法

15

作者 王卓群 姜义成 张云 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期281-286,共6页

针对基于地球同步轨道条带模式合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)发射-无人机循序渐进对地扫描模式SAR接收组成的星机双基结构(GEO-bistatic radar with GEOSAR and UAVSAR,GEO-UAV BiSAR),提出了该工作模式下的成像算法。首... 针对基于地球同步轨道条带模式合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)发射-无人机循序渐进对地扫描模式SAR接收组成的星机双基结构(GEO-bistatic radar with GEOSAR and UAVSAR,GEO-UAV BiSAR),提出了该工作模式下的成像算法。首先,基于泰勒展开原理推导了双基斜距,考虑到该双基斜距的空变特性,应用级数反演方法推导了具有距离空变性的点目标二维频谱。其次,考虑在小脉冲重复频率条件下由于天线转动引起的方位频谱混叠问题,提出了基于GEO-UAV BiSAR的成像算法。该成像算法引入dechirp技术解决方位混叠问题,随后通过距离压缩、距离徙动校正、方位压缩和dechirp技术得到清晰的成像结果。最后,仿真实验验证了该成像方法的有效性。 展开更多

关键词 GEO-UAV BIsar 循序渐进对地扫描 点目标二维频谱 方位频谱混叠

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一种改善交叉极化距离模糊度的新工作模式 被引量：3

16

作者 陈祺 黄海风 +2 位作者 余安喜 梁甸农 何峰 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期1082-1087,共6页

距离模糊度是星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统设计考虑的重要指标.传统交替发射的全极化星载SAR系统中,受同极化模糊的影响,交叉极化距离模糊度会不同程度地恶化.针对这一问题,提出了全极化渐进扫描合成孔径雷达(Te... 距离模糊度是星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统设计考虑的重要指标.传统交替发射的全极化星载SAR系统中,受同极化模糊的影响,交叉极化距离模糊度会不同程度地恶化.针对这一问题,提出了全极化渐进扫描合成孔径雷达(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPSAR)工作模式以改善星载全极化SAR系统的交叉极化距离模糊度.按Radarsat-2近似的参数设计对比了两种全极化方案,仿真结果说明了全极化TOPSAR系统可以防止同极化模糊对交叉极化信号的影响,有效改善星载全极化SAR的交叉极化模糊度性能. 展开更多

关键词 合成孔径雷达 渐进扫描合成孔径雷达 交叉极化 距离模糊度

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