CN117675471A - 一种含包络结构的fsk信号生成方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种含包络结构的FSK信号生成方法及系统。所述方法包括：生成含包络结构的调幅信号；生成FSK调频信号；利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。本申请通过分别生成含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，再利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。将需要生成的含包络结构的FSK信号拆分为含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，分别生成这两个信号再合成，能够有效减少生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而能够减少任意波形发生器的波形载入用时。
Description
技术领域
本申请涉及电子信息技术领域，特别是涉及一种含包络结构的FSK信号生成方法及系统。
背景技术
FSK(Frequency Shift Key，频移键控调制)是一种信号调制方法。包络结构指的是在车地通讯过程中，安装于线路铁轨中部的应答器向安装于列车车头底部的应答器车载天线所发出的上行链路信号具备的先变强后变弱的特点，这种先变强后变弱的特点即是包络结构。
在列车运行的过程中，例如列车以10km/h的速度行驶时，此时的包络时长约为0.9s，上行链路信号也就是含包络结构的FSK信号的载波频率为4.23MHz±564.48kHz。若以FSK中心频率4.23MHz的二倍采样率输出一段完整的含包络结构的FSK信号大约需要7M个数据点信息，对于大多数任意波形发生器来说这样的数据量都是远超其可加载波形数据量上限的，即便性能最优的几款任意波形发生器也难以在几秒内完成如此大数据量波形的加载。因此基于奈奎斯特采样定理，在满足载波信号采样率的前提下，一段完整时长的含包络结构的FSK信号对应的数据量极其庞大。由此将致使任意波形发生器的波形载入用时较长，并且在一些极端条件下，任意波形发生器的内存甚至无法满足其庞大的数据量。
因此，如何减少生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而减少任意波形发生器的波形载入用时，成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种含包络结构的FSK信号生成方法及系统，以减少生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而减少任意波形发生器的波形载入用时。
本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种含包络结构的FSK信号生成方法，所述方法包括：
生成含包络结构的调幅信号；
生成FSK调频信号；
利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。
可选的，所述生成含包络结构的调幅信号，包括：
确定当前速度等级；
根据所述当前速度等级，获取含包络结构的调幅信号的波形数据；
利用所述含包络结构的调幅信号的波形数据生成含包络结构的调幅信号。
可选的，所述生成FSK调频信号，包括：
生成基带信号；
生成FSK调频信号的波形数据；
利用所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制；
根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号。
可选的，所述生成基带信号，包括：
生成基带信号的波形数据；
利用所述基带信号的波形数据生成基带信号。
可选的，所述利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号，包括：
对所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号进行乘法合成，得到含包络结构的FSK信号。
第二方面，本申请实施例提供了一种含包络结构的FSK信号生成系统，所述系统包括：
控制器、调频信号发生器、调幅信号发生器和模拟乘法器；
其中，所述控制器，用于触发所述调频信号发生器和所述调幅信号发生器；
所述调频信号发生器，用于生成FSK调频信号；
所述调幅信号发生器，用于生成含包络结构的调幅信号；
所述乘法器，用于利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。
可选的，所述系统还包括：
速度等级确定器，用于确定当前速度等级；
则所述控制器，还用于根据所述当前速度等级，生成含包络结构的调幅信号的波形数据；
所述调幅信号发生器，还用于利用所述含包络结构的调幅信号的波形数据生成含包络结构的调幅信号。
可选的，所述系统还包括：
基带信号发生器，用于生成基带信号；
则所述控制器，还用于生成FSK调频信号的波形数据，以及触发所述基带信号发生器；
所述调频信号发生器，还用于利用所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制，根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号。
可选的，所述控制器，还用于生成基带信号的波形数据；
所述基带信号发生器，还用于利用所述基带信号的波形数据生成基带信号。
可选的，所述模拟乘法器，还用于对所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号进行乘法合成，得到含包络结构的FSK信号。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请通过分别生成含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，再利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。将需要生成的含包络结构的FSK信号拆分为含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，分别生成这两个信号再合成，能够有效减少生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而能够减少任意波形发生器的波形载入用时。例如在列车以10km/h的速度行驶时，其包络时长约为0.936s，对应的距离为2.6m左右，若以4.2MHz载频中心频率的两倍8.4MHz估算单次通信数据量约有7.86M个数据点，但若拆分为FSK调频信号和含包络结构的调幅信号则会大幅降低数据量。其中FSK调频信号若8.4MHz采样率、单帧报文1023bit、数据速率564.48kbit/s按帧循环则数据量约15.2k个数据点，若采用外部调制方式实现则仅需提供1023个数据点；含包络结构的调幅信号以0.1m的步长间隔采样并按10：1插值则仅需261个数据点，减少了生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而减少了任意波形发生器的波形载入用时。并且，基于相对较小的数据量，动态测试过程中变更波形数据的响应时间将大大缩短，因此可以适应快速变化的各类测试需求。同时，由于对数据量进行了较大地压缩，较大地降低了对仪表的内存性能需求，所以整个方案的成本也有了较大程度的降低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种含包络结构的FSK信号生成方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种FSK调频信号生成方法流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种含包络结构的FSK信号生成系统结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种含包络结构的FSK信号生成系统结构示意图；
图5为本申请实施例提供的基带信号发生器波形示意图；
图6为本申请实施例提供的调频信号发生器波形示意图；
图7为本申请实施例提供的调幅信号发生器波形示意图；
图8为本申请实施例提供的模拟乘法器波形示意图。
具体实施方式
正如前文描述，目前生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数较多，从而致使任意波形发生器的波形载入用时较长。
发明人经过研究，发明了一种含包络结构的FSK信号生成方法及系统，以减少生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而减少任意波形发生器的波形载入用时。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
方法实施例
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种含包络结构的FSK信号生成方法流程示意图，包括以下步骤：
S101，生成含包络结构的调幅信号。
需要说明的是，振幅调制(Amplitude Modulation，AM)，其简称为调幅，是在电子通信中使用的一种调制方法，常用于无线电载波传输信息。在幅度调制中，载波的幅度，也就是信号强度是与所发送的波形成比例变化的。例如，该波形可能是与扬声器再现的声音相对应，也有可能与电视像素的光强度相对应。这种方法与载波频率变化的频率调制，以及相位变化的相位调制均能够形成对比。
具体的，在本申请提供的实施例中，可以通过利用速度等级确定器确定当前速度等级，根据所述当前速度等级，利用控制器获取含包络结构的调幅信号的波形数据，将含包络结构的调幅信号的波形数据载入到调幅信号发生器中，利用控制器触发调幅信号发生器，使得调幅信号发生器能够利用所述含包络结构的调幅信号的波形数据生成含包络结构的调幅信号。所生成的含包络结构的调幅信号的波形如图7所示，图7为本申请实施例提供的调幅信号发生器波形示意图。其中，调幅信号发生器为任意波形发生器，任意波形发生器可以通过控制接口加载任意波形，一般也同时具备信号调制接口和外部触发接口。
在本申请提供的实施例中，在完成生成含包络结构的FSK信号需要使用的仪表的初始化后，还可以确定当前速度等级，在当前速度等级不是最高速度等级时，可以依据当前速度等级生成含包络结构的调幅信号的波形数据并载入至调幅信号发生器中，载入后对调幅信号发生器进行触发使其输出含包络结构的调幅信号，对触发次数进行统计，在触发次数未达到预设次数时，重复对调幅信号发生器进行触发使其输出含包络结构的调幅信号。
S102，生成FSK调频信号。
需要说明的是，FSK(Frequency Shift Key，频移键控调制)是一种信号调制方法。通过乘法器将低频数字信号/基带信号和高频正弦信号调制为时域上频率交替变化的正弦信号，以便于在自由空间或传输线缆等介质中传播。该调制方法被应用于轨道交通常用的轨道电路和应答器系统的信号传输中。
S103，利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。
具体的，在本申请提供的实施例中，可以利用模拟乘法器对含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号进行乘法合成，得到含包络结构的FSK信号。模拟乘法器是对两个模拟信号实现相乘功能的有源非线性器件。所得到的含包络结构的FSK信号的波形如图8所示，图8为本申请实施例提供的模拟乘法器波形示意图。
需要说明的是，在本申请提供的实施例中，所生成的含包络结构的FSK信号可以作为应答器发出的上行链路信号。在列车运行时，需要进行车地通信，也就是列车与固定在地面上的信号设备进行无线形式通信信息交互的过程，该过程车载信号设备与地面信号设备各自具备信号发送和信号结构的功能结构，该结构通常为近场型感应天线。具体的，安装在列车车头的应答器车载天线向安装于两条轨道中间的应答器发送大能量的27MHz下行激励射频信号，应答器在接收该信号后将其转化为工作电源进行启动，并通过工作电路和应答器4MHz发送天线向应答器车载天线发送FSK形式的4MHz上行链路信号，也就是本申请提供的方法及系统所生成的含包络结构的FSK信号。
本申请实施例提供的含包络结构的FSK信号生成方法，通过分别生成含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，再利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。将需要生成的含包络结构的FSK信号拆分为含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，分别生成这两个信号再合成，能够有效减少生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而能够减少任意波形发生器的波形载入用时。例如在列车以10km/h的速度行驶时，其包络时长约为0.936s，对应的距离为2.6m左右，若以4.2MHz载频中心频率的两倍8.4MHz估算单次通信数据量约有7.86M个数据点，但若拆分为FSK调频信号和含包络结构的调幅信号则会大幅降低数据量。其中FSK调频信号若8.4MHz采样率、单帧报文1023bit、数据速率564.48kbit/s按帧循环则数据量约15.2k个数据点，若采用外部调制方式实现则仅需提供1023个数据点；含包络结构的调幅信号以0.1m的步长间隔采样并按10：1插值则仅需261个数据点，减少了生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而减少了任意波形发生器的波形载入用时。并且，基于相对较小的数据量，动态测试过程中变更波形数据的响应时间将大大缩短，因此可以适应快速变化的各类测试需求。同时，由于对数据量进行了较大地压缩，较大地降低了对仪表的内存性能需求，所以整个方案的成本也有了较大程度的降低。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种FSK调频信号生成方法流程示意图，包括以下步骤：
S201，生成基带信号的波形数据。
需要说明的是，基带信号指的是没有经过调制，也就是没有经过频谱搬移和变换的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。
具体的，在本申请提供的实施例中，可以利用控制器生成基带信号的波形数据。在生成基带信号的波形数据后，可以将所述基带信号的波形数据载入到基带信号发生器中，以便于后续步骤的实施。所述基带信号发生器为任意波形发生器。
S202，利用所述基带信号的波形数据生成基带信号。
具体的，在基带信号的波形数据成功载入至基带信号发生器后，利用控制器触发基带信号发生器，使得基带信号发生器能够利用基带信号的波形数据生成基带信号。所生成的基带信号的波形如图5所示，图5为本申请实施例提供的基带信号发生器波形示意图。
S203，生成FSK调频信号的波形数据。
具体的，在本申请提供的实施例中，可以利用控制器生成FSK调频信号的波形数据。在生成FSK调频信号的波形数据后，可以将所述FSK调频信号载入到调频信号发生器中，以便于后续步骤的实施。所述调频信号发生器为任意波形发生器。
S204，利用所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制。
具体的，在本申请提供的实施例中，可以将步骤S202中生成的基带信号通过调频信号发生器的调制接口载入到调频信号发生器中，由于在步骤S203中将FSK调频信号的波形数据也载入到了调频信号发生器中，因此，当前的调频信号发生器中同时存在基带信号和FSK调频信号的波形数据，所以可以在控制器触发调频信号发生器后，使用调频信号发生器利用所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制，得到调制后的FSK调频信号的波形数据。
S205，根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号。
具体的，在本申请提供的实施例中，可以通过调频信号发生器根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号。所生成的FSK调频信号的波形如图6所示，图6为本申请实施例提供的调频信号发生器波形示意图。
本申请提供的实施例通过生成基带信号的波形数据；利用所述基带信号的波形数据生成基带信号；生成FSK调频信号的波形数据；利用所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制；根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号。利用基带信号对FSK调频信号的波形数据进行调制，根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号，能够使得所生成的FSK调频信号更加清晰，从而使得根据更加清晰的FSK调频信号所合成含包络结构的FSK信号也更加清晰。
系统实施例
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种含包络结构的FSK信号生成装置结构示意图，包括：控制器301、调频信号发生器302、调幅信号发生器303和模拟乘法器304。
其中，所述控制器301，用于触发所述调频信号发生器和所述调幅信号发生器；
所述调频信号发生器302，用于生成FSK调频信号；
所述调幅信号发生器303，用于生成含包络结构的调幅信号；
所述乘法器304，用于利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。
参见图4，该图为本申请实施例提供的另一种含包络结构的FSK信号生成系统结构示意图，包括：控制器401、基带信号发生器402、调频信号发生器403、调幅信号发生器404和模拟乘法器405。
需要说明的是，在本申请提供的实施例中，还有未在图4中体现的速度等级确定器，用于确定当前速度等级。
所述控制器401，用于生成基带信号的波形数据，用于根据当前速度等级生成含包络结构的调幅信号的波形数据，用于生成FSK调频信号的波形数据，还用于触发所述基带信号发生器402、调频信号发生器403和调幅信号发生器404；
所述基带信号发生器402，用于利用基带信号的波形数据生成基带信号；
所述调频信号发生器403，用于利用基带信号对FSK调频信号的波形数据进行调制，根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号；
所述调幅信号发生器404，用于利用含包络结构的调幅信号的波形数据生成含包络结构的调幅信号；
所述模拟乘法器405，用于对所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号进行乘法合成，得到含包络结构的FSK信号。
利用如图4所示的系统生成含包络结构的FSK信号的流程如下：
确定当前速度等级；
根据当前速度等级利用控制器401计算含包络结构的调幅信号的波形数据；
将所述含包络结构的调幅信号的波形数据载入调幅信号发生器404；
利用控制器401触发所述调幅信号发生器404，使所述调幅信号发生器404根据所述含包络结构的调幅信号的波形数据生成含包络结构的调幅信号；
利用控制器401生成基带信号的波形数据；
将所述基带信号的波形数据载入基带信号发生器402；
利用控制器401触发所述基带信号发生器402，使所述基带信号发生器402根据所述基带信号的波形数据生成基带信号；
利用控制器401生成FSK调频信号的波形数据；
将所述FSK调频信号的波形数据载入调频信号发生器403；
利用调频信号发生器403根据所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制；
利用控制器401触发所述调频信号发生器403，使所述调频信号发生器403根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号；
将所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号传输至模拟乘法器405；
利用模拟乘法器405将所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号进行乘法合成，生成含包络结构的FSK信号。
本申请实施例提供的含包络结构的FSK信号生成系统，通过利用调幅信号发生器和调频信号发生器分别生成含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，再利用模拟乘法器将所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号合成为含包络结构的FSK信号。将需要生成的含包络结构的FSK信号拆分为含包络结构的调幅信号和FSK调频信号，分别生成这两个信号再合成，能够有效减少生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而能够减少任意波形发生器的波形载入用时。例如在列车以10km/h的速度行驶时，其包络时长约为0.936s，对应的距离为2.6m左右，若以4.2MHz载频中心频率的两倍8.4MHz估算单次通信数据量约有7.86M个数据点，但若拆分为FSK调频信号和含包络结构的调幅信号则会大幅降低数据量。其中FSK调频信号若8.4MHz采样率、单帧报文1023bit、数据速率564.48kbit/s按帧循环则数据量约15.2k个数据点，若采用外部调制方式实现则仅需提供1023个数据点；含包络结构的调幅信号以0.1m的步长间隔采样并按10：1插值则仅需261个数据点，减少了生成含有完整的含包络结构的FSK信号所需的数据点信息的个数，从而减少了任意波形发生器的波形载入用时。并且，基于相对较小的数据量，动态测试过程中变更波形数据的响应时间将大大缩短，因此可以适应快速变化的各类测试需求。同时，由于对数据量进行了较大地压缩，较大地降低了对仪表的内存性能需求，所以整个方案的成本也有了较大程度的降低。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元提示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种含包络结构的FSK信号生成方法，其特征在于，所述方法包括：
生成含包络结构的调幅信号；
生成FSK调频信号；
利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成含包络结构的调幅信号，包括：
确定当前速度等级；
根据所述当前速度等级，获取含包络结构的调幅信号的波形数据；
利用所述含包络结构的调幅信号的波形数据生成含包络结构的调幅信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成FSK调频信号，包括：
生成基带信号；
生成FSK调频信号的波形数据；
利用所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制；
根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生成基带信号，包括：
生成基带信号的波形数据；
利用所述基带信号的波形数据生成基带信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号，包括：
对所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号进行乘法合成，得到含包络结构的FSK信号。
6.一种含包络结构的FSK信号生成系统，其特征在于，所述系统包括：
控制器、调频信号发生器、调幅信号发生器和模拟乘法器；
其中，所述控制器，用于触发所述调频信号发生器和所述调幅信号发生器；
所述调频信号发生器，用于生成FSK调频信号；
所述调幅信号发生器，用于生成含包络结构的调幅信号；
所述乘法器，用于利用所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号生成含包络结构的FSK信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
速度等级确定器，用于确定当前速度等级；
则所述控制器，还用于根据所述当前速度等级，生成含包络结构的调幅信号的波形数据；
所述调幅信号发生器，还用于利用所述含包络结构的调幅信号的波形数据生成含包络结构的调幅信号。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
基带信号发生器，用于生成基带信号；
则所述控制器，还用于生成FSK调频信号的波形数据，以及触发所述基带信号发生器；
所述调频信号发生器，还用于利用所述基带信号对所述FSK调频信号的波形数据进行调制，根据调制后的FSK调频信号的波形数据生成FSK调频信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器，还用于生成基带信号的波形数据；
所述基带信号发生器，还用于利用所述基带信号的波形数据生成基带信号。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模拟乘法器，还用于对所述含包络结构的调幅信号和所述FSK调频信号进行乘法合成，得到含包络结构的FSK信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211020913.0A CN117675471A (zh) | 2022-08-24 | 2022-08-24 | 一种含包络结构的fsk信号生成方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211020913.0A CN117675471A (zh) | 2022-08-24 | 2022-08-24 | 一种含包络结构的fsk信号生成方法及系统 |
Publications (1)
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| CN117675471A true CN117675471A (zh) | 2024-03-08 |
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Family Applications (1)
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2022
- 2022-08-24 CN CN202211020913.0A patent/CN117675471A/zh active Pending
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