DE4341364C2 - Method for side identification for a direction finder with trailing antenna - Google Patents

Method for side identification for a direction finder with trailing antenna

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Seitenkennung für eine Peilanlage mit Schleppantenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a method for page identification for a DF system with trailing antenna which in the preamble of Claim 1 mentioned type.

In der Wasserschalltechnik werden Peilanlagen mit vom Wasserfahrzeug nachgeschleppten Schleppantennen großer Länge eingesetzt, um über große Entfernungen Ziele zu detektieren und zu peilen. Die Ausbreitung von Schallwellen ist frequenzabhängig. Zum Erzielen großer Reichweiten wird wegen der geringeren Dämpfung der Schallwellen im tieffrequenten Bereich gepeilt. Die Peilgenauigeit ist abhängig vom Öffnungswinkel der Richtcharakteristik einer Antenne. Der Öffnungswinkel ist um so größer, je niedriger die Frequenz der empfangenen Schallwellen ist, und um so kleiner, je länger die Antenne ist. Mit Schleppantennen lassen sich Öffnungswinkel realisieren, die auch über große Entfernungen eine Peilung zum Ziel in ausreichender Auflösung gestatten. Mit einem Richtungsbildner werden Hydrophonsignale von rundum druckempfindlichen Hydrophonen, die in der Schleppantenne angeordnet sind, zu Richtcharakteristiksignalen zusammengefaßt, deren Richtcharakteristiken seitlich zur Schleppantenne in unterschiedliche Richtungen weisen. Die Form der Richtcharakteristiken gestattet jedoch keine Unterscheidung, ob ein aufgefaßtes Ziel rechts oder links von der Schleppantenne liegt. In waterborne sound technology, DF systems are used by Towing tow antennas large Length used to target over long distances detect and aim. The propagation of sound waves is frequency dependent. To achieve long ranges because of the lower attenuation of sound waves in the swept low-frequency range. The bearing accuracy is depending on the opening angle of the polar pattern Antenna. The lower the opening angle, the greater the angle is the frequency of the sound waves received, and so on the smaller the longer the antenna is. With trailing antennas can be realized opening angles that are also large A bearing is sufficient to reach the target Allow dissolution. With a directional guide Hydrophone signals from all-round pressure-sensitive hydrophones, which are arranged in the trailing antenna Directional characteristic signals summarized, their Directional characteristics to the side of the trailing antenna point in different directions. The shape of the However, directional characteristics do not allow Distinguish whether a perceived goal is right or left from the tow antenna.  

Eine Seitenkennung ist nur mit Schallaufnehmern in der Schleppantenne möglich, die in einer Vorzugsrichtung empfindlich und nicht rundum empfindlich sind. In der US-PS 4 800 542 wird deshalb ein zweites Peilsystem in der Schleppantenne angeordnet, das aus abschnittsweise längs der Schleppantenne bei jedem Hydrophon angeordneten, paarweisen gekreuzten Dipolen besteht, die durch Beschleunigungsaufnehmer realisiert sind. Mit den Dipolen und dem rundum empfindlichen Hydrophon wird ein Kardioidensignal erzielt, das jeweils zu einer Seite seine höchste Empfangsempfindlichkeit und zur anderen Seite eine Nullstelle aufweist. Mit einem Lagesensor wird die Ausrichtung des Dipols bestimmt und die Seitenkennung möglich.A side identifier is only available with sound pickups in the Towing antenna possible in a preferred direction are sensitive and not completely sensitive. In the US Pat. No. 4,800,542 is therefore a second DF system in the Trailing antenna arranged, which in sections along the Trailing antenna arranged in pairs on each hydrophone crossed dipoles, which consists of Accelerometers are realized. With the dipoles and the all around sensitive hydrophone gets a cardioid signal achieved, the highest to one side Reception sensitivity and on the other hand a zero having. With a position sensor the orientation of the Dipoles determined and the page identification possible.

Der Aufwand mit einem zweiten Peilsystem in der Schleppantenne ist erheblich, weil genauso viele Dipole und Lagesensoren wie Hydrophone verwendet werden müssen, die sämtlich in der Schleppantenne aufgereiht sind. Dadurch wird die Schleppantenne in ihrem Aufbau wesentlich aufwendiger, komplizierter, störanfälliger und schwerer.The effort with a second DF system in the Tow antenna is significant because just as many dipoles and Position sensors such as hydrophones must be used are all lined up in the trailing antenna. This will the structure of the trailing antenna is much more complex, more complicated, more prone to failure and more difficult.

In der US-PS 5 058 082 wird die Seitenkennung durch drei miteinander verbundene parallele Stränge von Hydrophonen mit Rundumcharakteristik und Füllungen unterschiedlicher Dichte in jedem Strang dadurch erzielt, daß die Signale der drei ein Dreieck aufspannenden Hydrophone zu Gruppensignalen von Richtcharakteristiken zusammengefaßt werden, die entweder auf der Backbord- oder der Steuerbordseite der Schleppantenne eine Nullstelle aufweist. Der Nachteil einer solchen Peilanlage besteht darin, daß zwei zusätzliche Hydrophonstränge verwendet werden, um eine eindeutige Peilung zu bestimmen. Eine solche Schleppantenne mit dreifachem Aufbau ist nicht nur sehr aufwendig, sondern auch schwer zu händeln.In US Pat. No. 5,058,082, the page identifier is three interconnected parallel strands of hydrophones with All-round characteristics and fillings of different densities achieved in each strand by the signals of the three one Triangular hydrophones to group signals from Directional characteristics are summarized, either on the port or starboard side of the towing antenna has a zero. The disadvantage of such DF system is that two additional Hydrophone strands are used to make a clear bearing to determine. Such a triple antenna  Construction is not only very complex, but also difficult affairs.

In der DE 35 37 759 C2 wird ein Verfahren zum Eliminieren der Richtungszweideutigkeit bei der Peilung mit einer Schleppantenne beschrieben, bei der die nordbezogene Peilung zum Ziel und zum Scheinziel dadurch unterschieden wird, daß der Eigenkurs der Schleppantenne durch einen in der Nähe des ersten Hydrophons angeordneten zusätzlichen Kompaß als weiteren Sensor gemessen wird. Die nordbezogene Peilung zum Ziel bleibt bei Veränderung der Lage der Schleppantenne erhalten, während sich die nordbezogene Peilung zum Scheinziel um die doppelte Kurswinkeländerung ändert. Eine Korrelation des Kompaßsignals mit den nordbezogenen Peilungen zum Ziel und Scheinziel liefert die Seitenkennung.DE 35 37 759 C2 describes a method for eliminating the Directional ambiguity when bearing with a Towing antenna described in which the north-related bearing a distinction is made between the goal and the apparent goal in that the trailing antenna 's own course by a near the first hydrophones arranged additional compass as another sensor is measured. The north bearing to The goal remains when the position of the towing antenna changes received while the north bearing to Apparent target changes by twice the course angle change. A Correlation of the compass signal with the north-related bearings the page ID provides the destination and the apparent destination.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Seitenkennung für eine Peilanlage mit Schleppantenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem die Schleppantenne die zum Peilen benötigten Hydrophone und keine zusätzlichen Sensoren aufweist.It is an object of the present invention to provide a method for Side identifier for a DF system with trailing antenna in the Generic preamble of claim 1 to create at which the tow antenna has the hydrophones needed for direction finding and has no additional sensors.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the im Characteristic part of claim 1 resolved features.

Schleppantennen werden von U-Booten oder Oberflächenschiffen nachgeschleppt. An Bord dieser Wasserfahrzeuge befinden sich für weitere Aufklärungsarbeiten zusätzliche akustische Empfangsanlagen. Diese Empfangsanlagen arbeiten jedoch nicht im tieffrequenten Bereich, für den die Schleppantenne vorgesehen ist, sondern sind für einen breitbandigen Empfang von Schallwellen ausgelegt. Ihre Peilgenauigkeit ist im Tieffrequenzbereich ungenügend, jedoch ist über ihre Richtungskanäle auch ein Empfang der tieffrequenten Schallwellen möglich. Sobald mit dieser Empfangsanlage in einem ihrer Richtungskanäle Signalanteile des mit der Schleppantenne detektierten Ziels empfangen werden, ist eine Entscheidung möglich, ob die mit dem Richtungsbildner der Schleppantenne gebildete Richtcharakteristik das Ziel rechts oder links von der Schleppantenne erfaßt hat. Da der Öffnungswinkel der Richtcharakteristik wegen der großen Länge der Schleppantenne klein ist, ist nunmehr die genaue Peilung des Ziels zu bestimmen.Towing antennas are used by submarines or surface ships dragged. On board this  Watercraft are there for more Additional acoustic reception systems. However, these reception systems do not work in the low frequency range for which the trailing antenna is provided, but are for a broadband Reception of sound waves designed. Your DF accuracy is insufficient in the low frequency range, but is above theirs Directional channels also receive low-frequency reception Sound waves possible. Once in with this receiving system one of their directional channels Towing antenna detected target is received a decision is possible whether the one with the directional directional characteristic formed the target right or left of the tow antenna. Since the Beam angle of the polar pattern due to the large Length of the antenna is small, is now the exact one Determine the bearing of the target.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 liegt insbesondere darin, daß zwar eine Bestimmung der Einfallsrichtung der tieffrequenten Schallwellen mit der zweiten Empfangsanlage sehr ungenügend ist, aber eine eindeutige Entscheidung möglich ist, ob die Einfallsrichtung rechts oder links vom Wasserfahrzeug liegt. Nur zu diesem Zweck wird die zweite Empfangsanordnung benötigt, nicht zur Peilung selbst. Vorteilhaft ist, daß keine zusätzlichen Geräte benötigt werden, sondern nur die ohnehin an Bord befindlichen Empfangsanlagen. Einzig und allein wird ein Vergleich des Richtcharakteristiksignals der Schleppantenne mit Empfangssignalen der Richtungskanäle der Empfangsanlage durchgeführt.The advantage of the method according to the invention Claim 1 is in particular that although Determination of the direction of incidence of the low-frequency Sound waves with the second reception system very insufficient is, but a clear decision is possible whether the Direction of incidence to the right or left of the watercraft lies. For this purpose only, the second Reception arrangement required, not for bearing itself. It is advantageous that no additional devices are required be, but only those already on board Reception systems. Only a comparison of the Directional characteristic signal of the trailing antenna with Receive signals of the directional channels of the receiving system carried out.

Durch das Richtcharakteristiksignal der Schleppantenne ist bekannt, unter welchen gleichen Winkeln rechts und links zur Längsachse des Wasserfahrzeugs das Ziel erfaßt wird. Diese Kenntnis wird bei der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 dazu benutzt, gezielt in Richtungskanälen, deren Empfangsrichtungen in die gleichen Winkel rechts und links zur Längsachse weisen, nach Signalübereinstimmung zu suchen. Der Vorteil besteht darin, daß schon der Vergleich zwischen dem Richtcharakteristiksignal und Empfangssignal nur zweier Richtungskanäle für eine Seitenkennung ausreicht. Der Aufwand reduziert sich also ganz erheblich, da nicht mehr alle Richtungskanäle für den Vergleich herangezogen werden.Due to the directional characteristic signal of the trailing antenna  known at what same angles right and left to the longitudinal axis of the watercraft the target is detected. This knowledge is in the advantageous development of method according to the invention used according to claim 2 targeted in directional channels whose reception directions in have the same angles to the right and left of the longitudinal axis, to look for signal match. The advantage is there in that the comparison between the Polar pattern signal and received signal only two Directional channels are sufficient for a side identifier. The Effort is therefore reduced considerably since it is no longer necessary all directional channels are used for the comparison.

Besonders vorteilhaft ist es gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 3, eine an Bord befindliche Passiv-Panoramaanlage mit Zylinderbasis zu benutzen, wie sie beispielsweise in der DE-PS 21 36 780 beschrieben ist, da ihre Richtungskanäle breitbandig arbeiten und den gesamten Azimut überdecken.According to the advantageous, it is particularly advantageous Further development of the method according to the invention Claim 3, a passive panorama system on board to use with a cylinder base, such as in DE-PS 21 36 780 is described because of their Directional channels work broadband and the whole Cover azimuth.

Ebenfalls auf breitbandigen Empfang ausgelegt ist ein sog. PRS-Empfangssystem, das an der Längsseite eines U-Boots seine Empfangsbasen aufweist. Es dient zur passiven Abstandsbestimmung und ist beispielsweise in der US-PS 4 480 322 beschrieben ist. Mit dieser Empfangsbasis ist ebenfalls eine Peilung zum Ziel vorgesehen. Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 4 ist auch ein Flank-Array- System (FAS) zur Seitenkennung geeignet, das beispielsweise in dem Artikel "Classification and Identifikation CAI by Submarine Sonars", aus Naval Forces, No. 6, 1987, L. Kühnle, gezeigt wird. A so-called. PRS reception system, which is on the long side of a submarine has its receiving bases. It is used for passive Distance determination and is for example in the U.S. Patent 4,480,322. With this reception base Bearing to the destination is also provided. According to the advantageous development of the invention Method according to claim 4 is also a flank array System (FAS) suitable for page identification, for example in the article "Classification and Identification CAI by Submarine Sonars ", from Naval Forces, No. 6, 1987, L. Kühnle.  

Besonders vorteilhaft ist der Vergleich des Richtcharakteristiksignals der Schleppantenne mit Empfangssignalen der Richtungskanäle gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Korrelation. Das Korrelationsergebnis liefert den Grad der Übereinstimmung des Richtcharakteristiksignals mit dem Empfangssignal. Der Richtkanal mit dem größeren Korrelationsgrad gibt die Seite an, auf der das Ziel mit der Schleppantenne gepeilt wird.The comparison of the Directional characteristic signal of the trailing antenna with Receive signals of the directional channels according to the advantageous development of the invention Method by correlation. The correlation result provides the degree of agreement of the Polar pattern signal with the received signal. The The side gives the directional channel with the greater degree of correlation on which the target is aimed with the trailing antenna.

Wenn die Richtungsbildung nicht im Zeitbereich sondern im Frequenzbereich durchgeführt wird, ist es besonders vorteilhaft, den Vergleich nach der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 6 durch Korrelation der Frequenzspektren durchzuführen.If the direction is not in the time domain but in Frequency range is performed, it is special advantageous to compare after training the inventive method according to claim 6 Perform correlation of the frequency spectra.

Bei einer Auswertung der Empfangssignale in den Richtungskanälen nach dem DEMON-Verfahren erhält man ein gutes Ergebnis, wenn man die im Richtcharakteristiksignal enthaltenen Spektrallinien für den Vergleich heranzieht, wie es in Anspruch 6 angegeben ist.When evaluating the received signals in the Directional channels according to the DEMON process are obtained good result if you look at the directional signal contained spectral lines for the comparison, as stated in claim 6.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Peilanlage mit Schleppantenne und einem zweiten akustischen Empfangssystem in der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:The invention is based on an embodiment for a direction finder with trailing antenna and a second acoustic reception system in the drawing closer shown. Show it:

Fig. 1 ein U-Boot mit Schleppantenne, Fig. 1 shows a submarine with trailing antenna,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, Fig. 2 is a block diagram,

Fig. 3 Antennen von Empfangssystemen. Fig. 3 antennas of receiving systems.

An Bord eines U-Boots 10 befindet sich eine Peilanlage mit einer Schleppantenne 11, die Schallwellen eines Ziels 12 empfängt. Der Schleppantenne 11 ist gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2 ein Richtungsbildner 14 nachgeordnet, in dem Richtcharakteristiksignale aus Hydrophonsignalen der Schleppantenne 11 gebildet werden. Die Richtcharakteristiksignale gehören zu Richtcharakteristiken, die zur Längsachse 14 des U-Boots 10 unterschiedliche Winkel aufweisen. Die Richtcharakteristiken sind rotationssymmetrisch zur Längsachse 14, so daß eine Unterscheidung, ob das Ziel 12 rechts oder links zur Längsachse 14 liegt, mit dem Richtcharakteristiksignal der Schleppantennen nicht möglich ist. Als zweites akustisches Empfangssystem 21 an Bord des U- Boots 10 wird eine Panoramaanlage mit einer Zylinderbasis 22 und einer Schaltung 23 zum Bilden von Richtungskanälen verwendet, denen eindeutige Azimutwinkel zugeordnet sind. Unter einem Azimutwinkel α in bezug auf die Panoramaanlage 21 befindet sich das Ziel 12. Es liegt rechts von der Längsachse 14. Über eine Steuerschaltung 24 wird die Peilung ±β des Richtungsbildners 14 an die Schaltung 23 gegeben und Richtungskanäle der Azimutwinkel +α, ±Δα und -α, ±Δα an zwei Korrelatoren 31 und 32 geschaltet. In den Korrelatoren 31 und 32 wird das Richtcharakteristiksignal des Richtungsbildners 14 der Schleppantenne 11 mit Empfangssignalen der Richtungskanäle der Schaltung 23 korreliert. Die Korrelationsergebnisse der Korrelatoren 31, 32 werden in einer Seitenkennungsschaltung 33 ausgewertet. Das Empfangssignal im Richtungskanal, der in Richtung +α weist, erzielt das größte Korrelationsergebnis mit dem Richtcharakteristiksignal und gibt an, daß sich das Ziel rechts von der Längsachse 14 befindet.On board a submarine 10 there is a direction finder with a towing antenna 11 which receives sound waves from a target 12 . According to the block diagram in FIG. 2, the directional antenna 11 is followed by a directional generator 14 , in which directional characteristic signals are formed from hydrophone signals of the directional antenna 11 . The directional characteristic signals belong to directional characteristics which have different angles to the longitudinal axis 14 of the submarine 10 . The directional characteristics are rotationally symmetrical to the longitudinal axis 14 , so that it is not possible to distinguish whether the target 12 is to the right or left of the longitudinal axis 14 with the directional characteristic signal of the trailing antennas. A panorama system with a cylinder base 22 and a circuit 23 for forming directional channels, to which unique azimuth angles are assigned, is used as the second acoustic reception system 21 on board the submarine 10 . The target 12 is located at an azimuth angle α with respect to the panorama system 21 . It lies to the right of the longitudinal axis 14 . The bearing ± β of the direction generator 14 is passed to the circuit 23 via a control circuit 24 and direction channels of the azimuth angles + α, ± Δα and -α, ± Δα are connected to two correlators 31 and 32 . In the correlators 31 and 32 , the directional characteristic signal of the directional generator 14 of the trailing antenna 11 is correlated with received signals of the directional channels of the circuit 23 . The correlation results of the correlators 31 , 32 are evaluated in a page identification circuit 33 . The received signal in the directional channel pointing in the + α direction achieves the greatest correlation result with the directional characteristic signal and indicates that the target is to the right of the longitudinal axis 14 .

Fig. 3 zeigt das U-Boot 10 mit Schleppantenne 11 von der Seite, die Panoramaanlage 21 mit ihrer Zylinderbasis 22 befindet sich im Bug des U-Boots 10. Das U-Boot 10 zeigt weitere Antennen von akustischen Empfangssystemen, die für eine Seitenkennung eingesetzt werden können, nämlich die Basis 50 einer PRS-Empfangsanlage und ein Flank-Array 51, die beide seitlich am U-Boot 10 angeordnet sind. Fig. 3 shows the submarine 10, the system 21 shows panoramic with trailing antenna 11 from the side, with its cylindrical base 22 is located in the bow of the submarine 10. The submarine 10 shows further antennas of acoustic reception systems that can be used for side identification, namely the base 50 of a PRS reception system and a flank array 51 , both of which are arranged on the side of the submarine 10 .

Claims (7)

1. Verfahren zur Seitenkennung für eine Peilanlage mit Schleppantenne, bei der abgestrahlte oder reflektierte tieffrequente Schallwellen von Hydrophonen mit Rundumcharakteristik empfangen und in einem Richtungsbildner an Bord eines die Schleppantenne nachschleppenden Wasserfahrzeugs zu Richtcharakteristiksignalen zusammengefaßt werden, unter Verwendung eines zweiten akustischen Empfangssystems, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Empfangssystem eine auf dem Wasserfahrzeug installierte Empfangsanlage verwendet wird, die breitbandig Schallwellen empfängt und zu Empfangssignalen in Richtungskanälen zusammenfaßt und eine eindeutige Bestimmung von Empfangsrichtungen der Schallwellen bezüglich der Längsachse des Wasserfahrzeugs gestattet, daß bei Detektion eines . Ziels mit einem Richtcharakteristiksignal der Schleppantenne Empfangssignale von Richtungskanälen des zweiten Empfangssystems mit dem Richtcharakteristiksignal verglichen werden und der Richtungskanal, der übereinstimmende Signalanteile aufweist, die Seitenkennung liefert.1. A method for side identification for a direction-finding system with a trailing antenna, in which radiated or reflected low-frequency sound waves are received by hydrophones with all-round characteristics and are combined in a directional device on board a watercraft trailing the trailing antenna to form directional characteristic signals, using a second acoustic reception system, characterized in that as a second reception system, a reception system installed on the watercraft is used, which receives broadband sound waves and combines them into reception signals in directional channels and allows a clear determination of reception directions of the sound waves with respect to the longitudinal axis of the watercraft, that when a. Target with a directional characteristic signal of the trailing antenna receive signals from directional channels of the second receiving system are compared with the directional characteristic signal and the directional channel, which has corresponding signal components, provides the side identifier. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der durch das Richtcharakteristiksignal angegebenen Peilung ein oder mehrere Richtungskanäle, deren Empfangsrichtungen symmetrisch beidseitig zur Längsachse liegen, ausgewählt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that with that by the directional characteristic signal specified bearing one or more directional channels, whose reception directions are symmetrical on both sides Longitudinal axis are selected.   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfangssystem eine Panormaanlage mit Zylinderbasis verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that as a receiving system Panoramic system with a cylinder base is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssystem an den Längsseiten des Wasserfahrzeugs angeordnete Empfangsbasen aufweist.4. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the receiving system to the Arranged along the sides of the watercraft Receiving bases. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich durch zeitliche Korrelation des Richtcharakteristiksignals mit Empfangssignalen der Richtungskanäle durchgeführt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that the comparison by temporal Correlation of the directional characteristic signal with Received signals of the directional channels carried out becomes. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich im Frequenzbereich durch Korrelation von Frequenzspektren des Richtcharakteristiksignals und der Empfangssignale durchgeführt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that the comparison in the frequency domain by correlation of frequency spectra of the Polar pattern signal and the received signals is carried out. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich durch Korrelation von Spektrallinien im Richtcharakteristiksignal und den Empfangssignalen durchgeführt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that the comparison by correlation of spectral lines in the directional characteristic signal and the received signals is carried out.
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