DE1791227A1 - Radarsystem - Google Patents

Description

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" Eadarsystem "

Die Erfindung "betrifft ein Datenübertragungssystem und insbesondere ein sehr sicheres Datenubertragungssystetn, welches für militärische -IF? (Freundtfeind-Identifizierung) - Anordnungen verwendbar ist.

Bei herkömmlichen militärischen IFF -Funksystemen wird eine Impulscodemodulation oder ein Abfragecode von einer Hundstrahlantenne übertragen, um potentielle Ziele in einem Gebiet abzufragen, in welchem sich der Abfragesender befindet. Ein "Freund?¹ I F W -Antwortgerät in dem Gebiet entschlüsselt nach Erhalt des Abfragecodes das erhaltene Signal,

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festzustellen, o"b es einem gewählten oder vereinbarten "Tagescode" entspricht. In Beantwortung eines verschlüsselten erhaltenen Abfragesignals, welches geeignet in den Tagescode verschlüsselt ist, überträgt das I S¹ F-Antwortgerät einen zweiten ausgewählten Impulscode oder Transponder-Code über eine zugehörige Rundstrahlantenne. Ein'solcher Transponder-Code kann so aussgewählt sein, dass er von dem Abfragecode aus Gründen der Sicherheit unterschiedlich ist, so dass ein feindliches gewöhnliches Antwortgerät nicht einen Abfrageeode erhalten, verzögern und zurückübertragen kann, um sieh dadirch als "Freund"-Station auszugeben. Demgemäss erfordert die Abfrage-Station ein Iransponder-Decodiergerät in Zusammenarbeit mit seinem Empfänger, um zu bestimmen, ob ein abgefragtes Antwortgerät mit einem ausgewählten Transponder-Tagescode geantwortet hat. Mit anderen V/orten verwendet ein Ii¹F-SyStem mit einem Abfragegerät und einem abgefragten Antwortgerät ein Abfrage-Codiergerät, Abfrage-Decodiergerät, Antwortcodiergerät und ein Antwortdecodiergerät.

Ein wesentlicher Nachteil derartiger bekannter IFF-Systeme, wenn sie in Verbindung mit einer Wasser anvisierenden Flugzeugradareinriehtung verwendet werden, besteht darin, dass sich aus ihren Mehrfachrichtungseigenschaften Abfragen

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anderer Ziele als des Zieles von Interesse ergeben, oder dass sie Antworten auf andere als die von dem eigenen Abfragegerät gemachten Abfragen erhalten. Auch müssen IFF-Empfänger Rundstrahlantennen verwenden, weil es snicht bekannt ist₅ aus welcher Richtung eine Abfragung empfangen werden kann. Weiterhin ist die Arbeitsweise solcher Einzelträgerfrequenzsysteme wegen der Möglichkeit einer gegenseitigen Abtrift zwischen zwei Stationen ähnlicher Einzelträgerfrequenz von begrenzter Zuverlässigkeit, wodurch bei Versagen eines Antwortgerätes zum Empangen eines Abfragesignals oder ein Versagen eines Abfragegerätes zum Empfangen einer Transponder-Antwort wegen Frequenzabweichung · von einem der beiden eine falsche Anzeige eines "Freund"-Gebietes als ein feindliches Gebiet ergeben kann. Zusätzlich ist eine solche Übertragung einer Einzelträgerfestfrequenz empfindlich gegen Frequenzidentifizierung, Störung oder wahlweise Simulierung der verwendeten Code»

Dem^emäss besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die obigen Probleme der Ausrichtung von hoch richtungsempfindlichen Übertragungs- und j-Jmpfängereinrichtungen und Abweichungen von Einzelträgerfrequenzen zu beseitigen.

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Die erfindungsgemässe Lösung der vorstehend genannten Probleme wird in einem Radarsystem mit einer Richtantenne, Bildanzeigern und einer Einrichtung zum Identifizieren eines ausgewählten Zieles erfindungsgemäss durch eine Einrichtung geschaffen, welche an diesem Radarsystem angeordnet und an die Antenne gekoppelt ist, um gleichzeitig zwei gleichmodulierte Trägerfrequenzen zu übertragen, und durch eine Transpondereinrichtung, welche in dem gewählten Ziel ange- £ . ordnet istund auf den Schwebungsfrequenzunterschied zwischen den gemeinsam modulierten und. übertragenen Trägerfrequenzen zum· Übertragen eines ausgewählten codierten Identifizierungssignals anspricht.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden/Erläuterung der Erfindung anhand der beigefügten Zeidinungens

In den Zeichnungen zeigen

Pig.l ein Blockschaltbild eines Radarsystems mit ψ der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig.2 ein Blockschaltbild des in Pig.l gezeigten Generators für Doppelträgerfrequenz,

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Pig.3 Spektraldiagramme der Antworten von verschiedenen Elementen des Systems nach Fig.2,

g.4 eine PPI-Darstellung einer Anzahl von angezeigten Zielen, wobei eine Anzeige dargestellt ist, welche ein Ziel unterscheidet, welches mit der erfindungsgemässen Einrichtung identifiziert wurde,

und ■

Fig.5 eine beispielhafte Anordnung einer Einrichtung zur Durchführung der Anzeigemarkierung nach Pig.4.

In Fig.l ist ein Blockschaltbild eines Sachradarsystems gernäss Erfindung gezeigt. Es ist ein Radarsystera 30 vorgesehen, welches mit einer vorwärts gerichteten Richtantenne 31 mit Hilfe eines Mikrowellenkopplers 32 gekoppelt ist (welche von Abtastart sein kann oder nicht) und mit einer Anzeige vorrichtung 33 (wie eine PPI-Vorrichtung) zusammen-arbeitet, um eine Anzeige von Zielen zu schaffen, v/elche von einem solchen Radarsystem festgestellt sind. Die Antenne 31, Radar 30 und Anzeiger 33 können in jeder beliebigen Weise gebaut und angeordnet sein, wie es in der !Technik allgemein bekannt ist und beispielsweise zur Bordverwendung

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in einem militärischen AId fangfahr zeug verwendet wird. Demzufolge sind diese Elemente lediglich in Blockform gezeigt. Es ist auch eine IFF-Codiereinrichtung 34 vorgesehen, welche einen Abfragecodierer 35, einen Abfragedecodierer 36, einen Antwortcodierer 37 und einen Antwortdecodierer 38 umfasst, die alle in bekannter Weise konstruiert und angeordnet sind.

Da in der IPF-Technik eine derartige Anordnung bekannt ist und kein Teil e'er Erfindung bildet, ist diese Anordnung lediglich in Blockform gezeigt. Der Antwortcodierer 37 der Codiereinrichtung 34 kann so angeordnet sein, dass er mit einem Einzelfrequenzantwortsender 39 und einer RundStrahlantenne 40 zusammenarbeitet, um codierte Antwortsignale ansprechend auf Abfragesignale zu senden, die an der Antenne 40 von einem bekannten Einzlträgerfrequenz-IITP-Abfrager empfangen und von der Decodiereinrichtung 37 entschlüsselt werden. Wahlweise überträgt der Antwortsender 39 verschlüsselte Einzeligräger-Antwortsignale bei Ansprechen auf Doppelträgerfrequenzabfragesignale, welche von einem Rundstrahletnpfängerteil einer Untersystemvorrichtung 41 empfangen werden, welche das Konzept der Doppelträgerfrequenz gemäss Erfindung verkörpert.

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Das Untersystera 41 umfasst einen Doppelfrequenzübertrager und -empfänger. Das tJbertragerteil des Unter syst eins 41 in Fig. 1 umfasst einen programmierbaren Doppelträgerfrequenzerzeuger 42 und einen Modulator 15.

In Pig.2 ist der Doppelfrequenzerzeuger 42 nach Fig.1 gezeigt, wobei eine Einrichtung 10 zum Erzeugen eineprograramierbare, zu modulierende erste RF-Frequens f-^ verwendet, welche mit einem Gegentaktmodulator 2f> gekoppelt ist, der auf eine Quelle 13 einer modulierenden oder abweichenden Frequenz' F anspricht, um die RF-Frequens in eine zweite RF-Frequenz umzusetzen, f2 = fj^+Δ- f. Bei einer solchen Anordnung nach Fig.2 ist der Ausgang des Modulators 25 ein unterdrückter träger, ein Doppelfrequenzausgang, entsprechend der Summe von und der Differenz zwischen den beiden'.Eingangsfrequenzen f (t) undAf , d.h. f_T = f (t), und f_? =

f (t) + -Af , wodurch die abv/eichende Frequenz (f-, - fp) = A f ist, wie dies insbesondere in ·3 gezeigt ist.

In Fig.3 ist eine Familie von Spektralantworten für den Sendermodulator 25 und das Empfängerbandfilter 24 nach Fig.2 gezeigt. Für einen programmierbaren oder zeitverändernden RF-Eingangswert

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f (t-, ) und einen Abweichungsfrequenzeingangswert von *f schafft der Modulator 25 nach Fig.2 zqwi Ausgangsspektrallinien in Pig. 3 bei f-, und fpi die um die- Frequenz von (f-, - fp) = Λ f voneinander abweichen, was zweimal der Eingangsfrequenz von dem Oszillator 13 entspricht.

Der Schwebungsfrequenzunterschied zwischen den Doppelsendefrequenzen f-, und fp nach einem nichtlinearen Ermitteln und Bandfiltern bei einer Mit-

™ telfrequenz f_Q gleich der Trenn- oder Schwebungs-

frequenz A f schafft eine Sexie von Spektrallinien in Fig.3 um £■ herum, wobei die Spektralstreuung die oberen und unteren Seitenbandeffekte der Amplitudenmodulationsumlüllung darstellt, welche durch den Modulationsverstärker Ii? in Fig.2 vermittelt wird. Wenn die Zeitveränderungseingangsfrequenz f (t) zum Modulator 25 vom Oszillator von f (tj) schwankt, wie dies in Fig.3 gezeigt ist, führt der Frequenzunterschied A f zwischen den Doppelübertragungsfrequenzen immer noch zu einem Schwebungsfrequenzausgang der festen Fre-

fe quenz f_Q vom Empfängerfilter 24 in Fig.2.

Der Modulierungssignaleingang zum Modulator 15 ist durch einen Abfragecodierer 35 geschaffen. Der verschlüsselte Ausgang vom Modulator 15 ist mit der Blchtradarantenne 31 über den Mikrowellenkoppler 32 mit Hilfe eines Zirkulators 43 für Übertragungszwecke gekoppelt. Der Empfängerteil

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des Untersystems 41 besteht aus einer Rundstrahlempfangsantenne 44, welche auf ein empfangenes Paar von gemeinsam modulierten Trägerfrequenzen anspricht und mit einem quadratischen Gleichrichter 21 und einer Bandfiltereinrichtung 24 zusammenarbeitet, welche eine Mittelfrequenz aufweist, die auf den !frequenzunterschied zwisohen dem Paar empfangener Abfragefrequenzen eingestellt ist, um ein Ausgangssignal zu schaffen, welches eine Modulationsumhüllung aufweist, die der gemeinsamen

Modulation des gewählten Paares der empfangenen M

Frequenzen entspricht.

Der Ausgang aus dem Bandfilter 24 kann dem Abfrageentschlüsseler 36 übermittelt werden zwecks Bestimmung, ob die modulierten Doppelträger, welche von der Antenne 44 empfangen worden sind, den Abfragecode des Tages tragen. Wenn die Unterschieds-Frequenzverschlüsseiung der empfangenen Doppelfrequenzen (und der Mittelfrequenz der Bandfiltereinrichtung 24) so gewählt ist, dass sie gleich der unteren Frequenz ist, die von dem bekannten Einzel-. träger-IFF-Antwortsender 39 verwendet ist, kann der Ausgang des Bandfilters 24 zweckmässig in die IFF- "

Codieranordnung 34 tnit Hilfe von Kopplern gekoppelt werden, welche zwischen den Ausgängen des Transponders 39 und des Bandfilters 24 und einen entsprechenden Eingang der Codiersanordnung 34 angeordnet sind, wobei die Anordnung dieser Koppler allgemein bekannt ist.

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Bei normalem Betrieb der Anordnung nach Fig.l gewährleistet das Zusammenarbeiten: des .Doppelträgerfr equenzabf ragers mit der Richtantenne 31, welche dem Radarsystem 30 zugeordnet ist, dass lediglich Ziele innerhalb swe der Überwachung der schmalen Strahlbreite der Richtantenne 31 abgefragt werden. Auch kann wegen der Richteigenschaften der Abfrageantenne 31 dieses Abfragen auf grössere Entfernungen als bislang durchgeführt werden. Weiter schaffen solche Richteigenschaften der Abfrageantenne 31 einen Sicherheitsgrad bezüglich der feindlichen Abhöreinrichtungen, welche ausserhaib des Überwachungsvolumens unter der Überwachung der Radarantenne 31 liegen. Ausserdem kann ein ausge--. wähltes der vom Radarsystem 30 entdeckten Ziele zuverlässiger identifiziert werdän. Es -sei beispielsweise ein Zielfahrzeugsystem betrachtet, wie es in Fig.1 als gestrichelter Block 46 gezeigt ist und ähnlich angeordnet ist wie das im Einzelnen in Fig.l gezeigte System und welches eine Antenne 144 (entsprechend dem Element 44 in Block 41) und einen nichtlinearen Empfänger einschliesst, welcher auf den verschlüsselten Doppelfrequenzab— frageträger anspricht, der von der Antenne 31 gesendet wird, Beie Ansprechen auf den empfangenen Abfragecode sendet der abgefragte Antwortsender des Zielfahrzeugsystems 46 in allen Richtungen einen Antwortcode zur Antenne 140, welche der Antenne 40 in dem im einzelnen gezeigten System entspricht.

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Der Antwortsender 39 schafft bei Ansprechen auf die Antwortsignale, welche von der Antenne 40 und dem abgefragten Antwortsender empfangen sind, ein Eingangssignal zum Antwortdecodierer 38. Wenn der abgefragte Antwortsender des Zielfahrzeugsystemes 46 mit dem richtigen Antwortcode geantwortet hat, schafft die Decodiereinrichtung 38 ein Ausgangssignal, welches zu Identifizierungszwecken auf dem Anzeiger 35 verwendet werden kann, wenn dies erwünscht ist.

Wenn beispielsweise der Anzeiger 33 ein PPI-Anzeiger von bekannter Art ist^ werden die Azimutrichtung und die Entfernung eines Zieles, das von einer sehr riclitungsenipfindlichen Azimut-Abtastantenne entdeckt wurde, so dargestellt, wie dies in ^'ig^ gezeigt ist. Ziele, welche in einer gemeinsamen Richtung liegen und einer gegebenen Bandbreitenrichtung der Antenne 31 entsprechen, sind radial auf dem Anzeiger getrennt, wobei die früher empfangenen Echos der vom Radarsystem 30 gesendeten Energie (Fig.l) dem näheren Ziel 47 in Fig.4 entsprechen, während die später empfangenen Echos dem ferneren oder in weiterer Distanz liegenden Ziel 49 entsprechen, welches in Fig.4 gezeigt ist. Wenn eines der entdeckten und abgefragten Ziele, welche von dieser .anzeige dargestellt werden, in

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geeigneter Weise- angeordnet ist, wie in Verbindung mit der Beschreibung von Fig.l erläutert ist, wird ein entschlüsseltes Antwortsignal von einem solchen Ziel 48 iiaoh dem empfangenen Echo empfangen, wobei dieses Ziel als ein "freundliches" Ziel identifiziert wird. Die Verzögerung des empfangenen Antwortsignales in Verhältnis zu dem empfangenen Zielecliosignal entspricht der Reaktionszeit des Antwortsenders des "freundlichen" Zielfahrzeuges. Wenn solch ein entschlüsseltes Antwortsignal als. ein untergeordnetes Verzögerungssignal auf den Z- oder Intensitätsmodulationseingang des Verzögerungsanzeigers gebracht wird, ist die sich ergebende Verzögerung eine Markierung nahe und hinter und in der gleichen Richtung wie der Verzögerungspunkt, welcher dem entdeckten und abgefragten freundlichen Ziel entspricht, wie durch die Markierung 50 in der Nähe des Ziels 48 in Fig.4 gezeigt ist. Eine solche Modulation der PPI-Anzeige nach Fig.2 kann durch Kombinieren des Ausgangs des Antwortdecodierers 38 mit -dem Intensitätsraodulationseingang für den Ankzeiger 31 vom Radarsystem 30 durch die Signalsumroierungseinrichtung 51, wie in Fig.5 gezeigt ist, oder αμΓοΙι eine ähnliche bekannte Einrichtung zum Ergänzen der Intensitatsmodulationssteuerung des Anzeigers 51 erreicht werden.

Wenn das Zielfahrzeugsystem 46 in Fig.l mit einem Doppelträger-Abfrager versehen ist, welcher mit einer Antenne 131 zusammenwirkt, wird das Abfragesignal

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von der Antenne 44 empfangen und der Abfrage-Code durch die Zusammenarbeit des Gleichrichters 21 und des Bandfilters 24 im Untersystem.41 nach 3?ig.l wieder erhalten. Ein solcher Abfragecode wird von dem Decodierer 36 entschlüsselt und bewirkt, dass der Antwortcodierer 37 dem Antwortsender 39 erregt und den Einzelfrequenzträger TBoduliert, welcher durch Zusammenwirken von Antwortsender 39 und Antenne 40 übertragen ist*

Demgemäss wurde eine verbesserte, sehr sichere Datenübertragung beschrieben, welche ein sehr richtungsempfindliches IFF-System zum Zusammenwirken mit einem Yerfolgungsradar umfasst und dip Eichtantenne für Abfragezweoke verwendet. Solch eine Datenübertragung verwendet ein programmierbares Paar von gemeinsam modulierten [Trägerfrequenzen, zwischen denen ein gewählter Erequenzunterschied aufrechterhalten wird. Eine solche programmierbare Charakteristik schafft sowohl ein Mass an Sicherheit und ein Antistörmerkroal, während der Irequenzunterschied als Mittelfrequenz des bandfilterbegrenzten Ausgangs eines Mischer-Empfängers verwendet wird, um die Modulationsumhüllung oder den Informationscode wieder zu erhalten.

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Obwohl die Vorrichtung so beschrieben worden ist, dass sie eine Impulscodiermodulation zu Ii¹IV Abfragezweoken in Zusammenarbeit mit bekannten Transpondersystemen verwendet, ist die Verwendung der Erfindung für solche Zwecke nicht darauf begrenzt und braucht sich nicht auf bekannte [Transponder von der Art einer Einzelträgerfrequenz zu beziehen. Obwohl die Erfindung unter Verwendung einer hoch richtungsempfindlichen IFF-Anlage in Zusanmenwirkung mit einem Suchradar beschrieben worden ist, wobei ein Impulsmodulationscode für Informationsverschlüsselung verwendet wird, . ist die Vorrichtung gemäss Erfindung nicht hierauf begienzt.. Es ist klar, dass eine hochgradige sichere Sprechübertragung durch Verwendung von Tonmodulation der Doppelträgerfrequenz· erreicht werden kann, welche von der Radarantenne 51 in Pig. 1 übertragen ist, und dass eine solche Modulationsumhüllung durch Videogleiohrichtung des Ausgangs der Empfängerbandeinrichtung 24 gewonnen werden kann. Auf diese Art und Weise kann der Abfrager sich selbst identifizieren, während er ein Ziel in einer ausgewählten Richtung abfragt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfihdungsgedankens können Impulscodemodulation und Tonmodulationen verwendet werden.

Beispielsweise können eine zweite oder getrennte Trennfrequenz in dem Doppelträgerfrequenzgenera-

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tor und eine entsprechende Mittelfrequenz in einem zweiten Empfängerbandfilter zwecks ausgerichteter Spreehverbindung für weitere Identifizierung eines solchen Zieles mit der -kotrainierten Radar- und impulsverschlüsselten IFF-Einrichtung nach Fig.l verwendet werden. Bei einem hochkomplizierten Manöver- oder Taktikbereich einschliesslich einer Anzahl von Fahrzeugen ist es oft notwendig, nicht nur zu bestiurailen, ob ein "Freund" sich an einer _

gegebenen otelle befindet, sondern auch festzu- ■ ■ ' ™ stellen, ob ein gegebener "Freund" in einer solchen ausgewählten Stellung ist. Solch eine Funktion kann am besten durch Tonmodulation des Doppelträgersystems nach Fig.l in einer Sprechverbindungsanwendung erzielt werden* Obwohl jedoch eine Impulscodemodulation und eine Tonmodulation in Zusammenwirkung mit einem Radarsystem eine sichere Datenübertragung für IFF-Zwecke schafft, kann ein solches System auch bei anderen Anwendungen wie Hafenkontrolle oder Luftverkehrskontrolle u.dgl. nützlich sein, wobei ein Hauptfrager und Überwachungsradar an einem stationären Punkt d

angeordnet sind.

Weiterhin ist es klar, dass, obwohl die Vorrichtung gemäss Erfindung in Zusammenhang mit einem Funkenenergiesystem beschrieben worden ist, der Erfindungsgedanke nicht darauf beschränkt ist und dass er auch bei anderen Arten von Anzeigesystemen verwendet werden kann.

PatentansprücheY; '

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Claims (4)

Patentansprüche;

1. Radarsystem mit einer Richtantenne und Anzeigern und mit einer Einrichtung zum Identifizieren eines gewählten Zieles, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welohe an dem Radarsystem angeordnet ist und an die. Antenne zwecks gleichzeitiger Übertragung von zwei gemeinsam modulierten Trägerfrequenzen gekoppelt ist und durch eine Transponder einrichtung, welche in dem gewählten Ziel angeordnet ist und auf den Unterschied der Sohwebungsfrequenz zwischen den gemeinsam modulierten und übertragenen Trägerfrequenzen zum Übertragen eines ausgewählten verschlüsselten Identifizierung ssignals.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiter eine Empfängereinrichtung an dem Radarsystem angeordnet ist und auf das ausgewählt verschlüsselte oignal anspricht, um einen Eingang zu dein Anzeiger zum Identifizieren des gewählten Ziels zu schaffen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erstgenannte Einrichtung zwecks Schaffung eines Paares programmierter

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Trägerfrequenzen programmierbar ist ^ welche innerhalb der Bandbreite der Antenne liegt, wobei zwischen dem Jrequenzpaar ein gewählter Frequenzunterschied aufrechterhalten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation der Träger eine Tonmodulation umfasst, und dass die Transponderein-,richtung eine Einrichtung zum Sohaffen eines Tonausganges bei Ansprechen auf den Modulationsverläuf des Unterschiedes der Schwebungsgfrequenz einschliesst, so dass eine sichere Tondatenübertragung geschaffen ist.

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