CN117310763B - 伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种伪码调相‑线性调频的时分低轨导航信号同步方法与装置。所述方法包括:获取低轨卫星导航的接收信号同步波形;根据预先设置的本地线性调频参考波形和接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号;生成本地伪码信号,根据本地伪码信号和降采样信号进行短时相关,得到短时相关值;对短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组;对奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据第一累计值和第二累计值计算捕获判决量;根据捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决。采用本方法能够降低同步波形的搜索空间。
Description
技术领域
本申请涉及导航信号处理技术领域,特别是涉及一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法与装置。
背景技术
低轨卫星导航系统采用的频段从传统L频段逐渐扩展到C频段、Ka频段等更高的信号频段,另外,由于低轨卫星轨道低,运动速度快,导致用户接收到的低轨导航信号的多普勒频移大变大,可达几十甚至上百KHz;另一方面,低轨导航系统的星座规模大,卫星数量可能成百上千,采用传统直接扩频下的码分多址,用户需要搜索海量的卫星数量。伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号具备大多普勒频偏下的用户接收损耗小的优点,且同时具备较好的测量性能。但采用基于伪码调相-线性调频的时分结构,对用户终端的接收带来的一定挑战,尤其是针对伪码调相-线性调频信号的同步问题,需要在信号时延、频率和伪码序列三个搜索空间完成信号的同步,较传统线性调频信号,显著增加了同步算法的复杂度方面。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够解决同步算法复杂度问题的伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法与装置。
一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法,所述方法包括:
获取低轨卫星导航的接收信号同步波形;所述接收信号同步波形包括:伪码和调频载波;
根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号;
生成本地伪码信号,根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值;
对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组;所述奇数序列组的本地载波采用频率下降波形,所述偶数序列组的本地调频载波采用频率上升波形;
对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量;
根据所述捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决。
在其中一个实施例中,还包括:获取本地线性调频参考波形为:
;
其中,表示本地线性调频参考波形,/>表示调频斜率,/>表示采样频率;所述本地线性调频参考波形的信号时长为/>表示基本波形的数量,/>表示基本波形长度,所述本地线性调频参考波形分两个时隙,在第一个时隙,信号的载波频率从线性变化至/>,在第二个时隙,信号的载波频率从/>线性变化至/>。
在其中一个实施例中,还包括:根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算:
;
其中,表示搜索的时延范围,/>表示捕获所需要的总信号时长,/>表示接收信号同步波形。
在其中一个实施例中,还包括:对下变频计算之后的线性调频参考波形进行低通滤波,并对滤波后的线性调频参考波形进行降采样,得到降采样信号;低通滤波的通带带宽不小于;降采样的倍数不高于/>。
在其中一个实施例中,还包括:生成本地伪码信号为:
;
其中,表示不同卫星的伪码编号,取值从1~S,S表示最大的伪码序列编号。
在其中一个实施例中,还包括:根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值为:
;
其中,表示第i个短时相关值,/>。
在其中一个实施例中,还包括:对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组为:
;
;
其中,表示奇数序列组,/>表示偶数序列组。
在其中一个实施例中,还包括:对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值为:
;
;
其中,表示第一累计值,/>表示第二累计值;
根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量为:
;
其中,表示捕获判决量。
在其中一个实施例中,还包括:当所述捕获判决量大于预设门限,则确定所述接收信号同步波形存在第p个扩频码序列;
当所述捕获判决量大于预设门限,根据所述第一累计值和所述第二累计值计算时延和载波多普勒频率分别为:
;
;
其中,表示时延,/>表示载波多普勒频率,/>和/>分别表示:
;
;
其中表示序列/>取最大值是对应的下标,/>表示序列/>取最大值是对应的下标。
一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步装置,所述装置包括:
信号获取模块,用于获取低轨卫星导航的接收信号同步波形;所述接收信号同步波形包括:伪码和调频载波;
降采样模块,用于根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号;
短时相关模块,用于生成本地伪码信号,根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值;
分组模块,用于对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组;所述奇数序列组的本地载波采用频率下降波形,所述偶数序列组的本地调频载波采用频率上升波形;
捕获判决量计算模块,用于对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量;
判决模块,用于根据所述捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决。
上述伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法与装置,通过多速率处理技术,大幅降低了伪码序列搜索环节的计算代价,提高了同步波形的搜索效率,根据同步波形的特点,采用分组积累处理的方法,在实现信号同步判决的同时,可同时完成对信号时延和多普勒频率的估计,降低了同步波形的搜索空间。
附图说明
图1为一个实施例中伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法的流程示意图;
图2为一个实施例中同步波形s(k)的波形图;
图3为一个实施例中本地线性调频参考波形的波形图;
图4为一个实施例中伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法的流程框图;
图5为一个实施例中伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步装置的结构框图;
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法,包括以下步骤:
步骤102,获取低轨卫星导航的接收信号同步波形。
接收信号同步波形包括:伪码和调频载波。
具体的,如图2所示,低轨卫星导航信号同步波形为s(k),采用伪码调相与线性调频向结合的方式,其基带表达式为:
;
其中为同步波形中调制的伪码,/>为同步波形的调频载波,对该信号的捕获,需要估计信号中的多普勒变量/>、信号延迟变量/>和扩频码序列/>。
步骤104,根据预先设置的本地线性调频参考波形和接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号。
本地线性调频参考波形是用户终端生成的一组信号。
步骤106,生成本地伪码信号,根据本地伪码信号和降采样信号进行短时相关,得到短时相关值。
步骤108,对短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组。
奇数序列组的本地载波采用频率下降波形,偶数序列组的本地调频载波采用频率上升波形。
步骤110,对奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据第一累计值和第二累计值计算捕获判决量。
步骤112,根据捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决。
上述伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法中,通过多速率处理技术,大幅降低了伪码序列搜索环节的计算代价,提高了同步波形的搜索效率,根据同步波形的特点,采用分组积累处理的方法,在实现信号同步判决的同时,可同时完成对信号时延和多普勒频率的估计,降低了同步波形的搜索空间。
在其中一个实施例中,如图3所示,获取本地线性调频参考波形为:
;
其中,表示本地线性调频参考波形,/>表示调频斜率,/>表示采样频率;所述本地线性调频参考波形的信号时长为/>表示基本波形的数量,/>表示基本波形长度,所述本地线性调频参考波形分两个时隙,在第一个时隙,信号的载波频率从线性变化至/>,在第二个时隙,信号的载波频率从/>线性变化至/>。
在其中一个实施例中,对下变频计算之后的线性调频参考波形进行低通滤波,并对滤波后的线性调频参考波形进行降采样,得到降采样信号;低通滤波的通带带宽不小于;降采样的倍数不高于/>。
在其中一个实施例中,根据预先设置的本地线性调频参考波形和接收信号同步波形进行下变频计算:
;
其中,表示搜索的时延范围,/>表示捕获所需要的总信号时长,/>表示接收信号同步波形。
在其中一个实施例中,生成本地伪码信号为:
;
其中,表示不同卫星的伪码编号,取值从1~S,S表示最大的伪码序列编号。
在其中一个实施例中,根据本地伪码信号和降采样信号进行短时相关,得到短时相关值为:
;
其中,表示第i个短时相关值,/>。
在其中一个实施例中,对短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组为:
;
;
其中,表示奇数序列组,/>表示偶数序列组。其中奇数序列组的本地调频载波采用频率下降波形,偶数序列组的本地调频载波采用频率上升波形。
在其中一个实施例中,对奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值为:
;
;
其中,表示第一累计值,/>表示第二累计值;
根据第一累计值和第二累计值计算捕获判决量为:
;
其中,表示捕获判决量。
本实施例中,后积累可采用相干积分,也可采用非相干积分。
在其中一个实施例中,当捕获判决量大于预设门限,则确定接收信号同步波形存在第p个扩频码序列;当捕获判决量大于预设门限,根据第一累计值和第二累计值计算时延和载波多普勒频率分别为:
;
;
其中,表示时延,即在信号/>中,从第/>个点开始与本地参考波形的起始位置对应,/>表示载波多普勒频率,/>和/>分别表示:
;
;
其中表示序列/>取最大值是对应的下标,/>表示序列/>取最大值是对应的下标。
图4提供了本发明伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法的流程框图,其中包括两个部分,分别为多速率处理的伪码调相-线性调频同步波形搜索方法和分组积累的伪码调相-线性调频信号同步与估计方法,在多速率处理的伪码调相-线性调频同步波形搜索方法中,首先基于本地线性调频参考波形对接收信号同步波形进行处理,然后进行低通滤波以及降采样,在短时相关器中,采用本地伪码信号和降采样信号进行短时相关,在分组积累的伪码调相-线性调频信号同步与估计方法中,对短时相关值进行分组,然后对分组结果进行后累积,然后进行同步判决,进一步进行时延-频率估计,从而整体上实现了伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法。
应该理解的是,虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中,如图5所示,提供了一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步装置,包括:信号获取模块502、降采样模块504、短时相关模块506、分组模块508、捕获判决量计算模块510和判决模块512,其中:
信号获取模块502,用于获取低轨卫星导航的接收信号同步波形;所述接收信号同步波形包括:伪码和调频载波;
降采样模块504,用于根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号;
短时相关模块506,用于生成本地伪码信号,根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值;
分组模块508,用于对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组;所述奇数序列组的本地载波采用频率下降波形,所述偶数序列组的本地调频载波采用频率上升波形;
捕获判决量计算模块510,用于对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量;
判决模块512,用于根据所述捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决。
在其中一个实施例中,降采样模块504还用于获取本地线性调频参考波形为:
;
其中,表示本地线性调频参考波形,/>表示调频斜率,/>表示采样频率;所述本地线性调频参考波形的信号时长为/>表示基本波形的数量,/>表示基本波形长度,所述本地线性调频参考波形分两个时隙,在第一个时隙,信号的载波频率从/>线性变化至/>,在第二个时隙,信号的载波频率从/>线性变化至/>。
在其中一个实施例中,降采样模块504还用于根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算:
;
其中,表示搜索的时延范围,/>表示捕获所需要的总信号时长,/>表示接收信号同步波形。
在其中一个实施例中,降采样模块504还用于对下变频计算之后的线性调频参考波形进行低通滤波,并对滤波后的线性调频参考波形进行降采样,得到降采样信号;低通滤波的通带带宽不小于;降采样的倍数不高于/>。
在其中一个实施例中,短时相关模块506还用于生成本地伪码信号为:
;
其中,表示不同卫星的伪码编号,取值从1~S,S表示最大的伪码序列编号。
在其中一个实施例中,短时相关模块506还用于根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值为:
;
其中,表示第i个短时相关值,/>。
在其中一个实施例中,分组模块508还用于对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组为:
;
;
其中,表示奇数序列组,/>表示偶数序列组。
在其中一个实施例中,捕获判决量计算模块510还用于对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值为:
;
;
其中,表示第一累计值,/>表示第二累计值;
根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量为:
;
其中,表示捕获判决量。
在其中一个实施例中,判决模块512还用于当所述捕获判决量大于预设门限,则确定所述接收信号同步波形存在第个扩频码序列;
当所述捕获判决量大于预设门限,根据所述第一累计值和所述第二累计值计算时延和载波多普勒频率分别为:
;
;
其中,表示时延,/>表示载波多普勒频率,/>和/>分别表示:
;
;
其中表示序列/>取最大值是对应的下标,/>表示序列/>取最大值是对应的下标。
关于伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步装置的具体限定可以参见上文中对于伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法的限定,在此不再赘述。上述伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图6中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,该存储器存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink) DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步方法,其特征在于,所述方法包括:
获取低轨卫星导航的接收信号同步波形;所述接收信号同步波形包括:伪码和调频载波;
根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号;
生成本地伪码信号,根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值;
对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组;所述奇数序列组的本地载波采用频率下降波形,所述偶数序列组的本地调频载波采用频率上升波形;
对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量;
根据所述捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:
获取本地线性调频参考波形为:
;
其中,表示本地线性调频参考波形,/>表示调频斜率,/>表示采样频率;所述本地线性调频参考波形的信号时长为(N-1)×T,N-1表示基本波形的数量,T表示基本波形长度,所述本地线性调频参考波形分两个时隙,在第一个时隙,信号的载波频率从/>线性变化至/>,在第二个时隙,信号的载波频率从/>线性变化至/>。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算,包括:
根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算:
;
其中,表示搜索的时延范围,/>表示捕获所需要的总信号时长,/>表示接收信号同步波形。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号,包括:
对下变频计算之后的线性调频参考波形进行低通滤波,并对滤波后的线性调频参考波形进行降采样,得到降采样信号;低通滤波的通带带宽不小于;降采样的倍数不高于。
5.根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于,生成本地伪码信号,包括:
生成本地伪码信号为:
;
其中,表示不同卫星的伪码编号,取值从1~S,S表示最大的伪码序列编号。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值,包括:
根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值为:
;
其中,表示第i个短时相关值,/>。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组,包括:
对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组为:
;
其中,表示奇数序列组,/>表示偶数序列组。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量,包括:
对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值为:
;
其中,表示第一累计值,/>表示第二累计值;
根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量为:
;
其中,表示捕获判决量。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,根据所述捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决,包括:
当所述捕获判决量大于预设门限,则确定所述接收信号同步波形存在第个扩频码序列;
当所述捕获判决量大于预设门限,根据所述第一累计值和所述第二累计值计算时延和载波多普勒频率分别为:
;
;
其中,表示时延,/>表示载波多普勒频率,/>和/>分别表示:
;
其中表示序列/>取最大值是对应的下标,/>表示序列/>取最大值是对应的下标。
10.一种伪码调相-线性调频的时分低轨导航信号同步装置,其特征在于,所述装置包括:
信号获取模块,用于获取低轨卫星导航的接收信号同步波形;所述接收信号同步波形包括:伪码和调频载波;
降采样模块,用于根据预先设置的本地线性调频参考波形和所述接收信号同步波形进行下变频计算,并进行降采样,得到降采样信号;
短时相关模块,用于生成本地伪码信号,根据所述本地伪码信号和所述降采样信号进行短时相关,得到短时相关值;
分组模块,用于对所述短时相关值进行按照奇偶进行排序分组,得到奇数序列组和偶数序列组;所述奇数序列组的本地载波采用频率下降波形,所述偶数序列组的本地调频载波采用频率上升波形;
捕获判决量计算模块,用于对所述奇数序列组和偶数序列组分别进行后累计,得到第一累计值和第二累计值,根据所述第一累计值和第二累计值计算捕获判决量;
判决模块,用于根据所述捕获判决量与预设门限的判断结果,进行接收信号同步波形的同步判决。
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