JP2019158543A - レーダシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーダ装置の干渉を簡易に低減すること。【解決手段】車両の前方または後方の左右にそれぞれ搭載される第１レーダ装置（レーダ装置１０−１またはレーダ装置１０−３）および第２レーダ装置（レーダ装置１０−２またはレーダ装置１０−４）を有するレーダシステム１において、第１レーダ装置（レーダ装置１０−１またはレーダ装置１０−３）および第２レーダ装置（レーダ装置１０−２またはレーダ装置１０−４）は、送信する電磁波の周波数および偏波方向の少なくとも一方が相互に異なる、ことを特徴とする。このような構成によれば、送信信号の周波数およびタイミングを同期することなく、干渉を低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダシステムに関するものである。

近年、車両の周辺に存在する対象物を検出するためのレーダ装置が多く使われるようになっている。このようなレーダ装置は、車両の前方および／または後方の左右にそれぞれ搭載される。左右に搭載されるレーダ装置には重複する検出領域が存在することから、レーダ装置間で送信信号が干渉し、誤検出が生じたり、対象物を正確に検出できなかったりする場合がある。

そこで、特許文献１に開示された技術では、ＦＭ−ＣＷ方式を採用する第１及び第２のレーダ１００，２００を備え、第１および第２のレーダのそれぞれの検知範囲が互いに重複する部分を有する車両用レーダ装置１であって、第１および第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調は、変調周波数が同一であり、第１および第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の変調勾配（α１、α２；β１、β２）が正負逆になるように、第１および第２のレーダのそれぞれのＦＭ−ＣＷ変調の同期を取るようにしている。これにより。車両用レーダ装置１は、第１および第２のレーダのそれぞれにおいて、送信信号と受信信号に基づき得られるビート信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを得て、該周波数スペクトルに基づいて、第１および第２のレーダにより検出した物体の速度または距離に関する情報を得ることができる。

特開２０１０−２０３９１８号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、複数の送信信号の周波数を高い精度で同一とし、また、これらの複数の送信信号を高い精度で同期する必要がある。しかしながら、車両の離れた場所に搭載されている複数のレーダ装置の送信信号を高い精度で同期することは困難という問題点がある。

本発明は、複数のレーダ装置の干渉を簡易に低減することが可能なレーダシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、車両の前方または後方の左右にそれぞれ搭載される第１レーダ装置および第２レーダ装置を有するレーダシステムにおいて、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の周波数および偏波状態の少なくとも一方が相互に異なる、ことを特徴とする。
複数のレーダ装置の干渉を簡易に低減することが可能となる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の周波数が相互に異なる連続波またはパルス波を送信することを特徴とする。
このような構成によれば、波形の特性に応じて対象物を検出するとともに、複数のレーダ装置の干渉を低減することが可能となる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が、相互に略直交していることを特徴とする。
このような構成によれば、レーダ装置の送信信号を高い精度で同期することなく、干渉の発生を低減することができる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が水平面に対して略４５度の傾きを有することを特徴とする。
このような構成によれば、地面の影響を低減しつつ、干渉の発生を低減することができる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向を所定の方向および前記所定の方向に対し略９０度異なる方向のいずれか一方を電気的に選択可能に構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、偏波方向が異なる複数のレーダ装置を準備する手間を省略することができる。

また、本発明は、前記所定の方向は、水平面に対して略４５度である、ことを特徴とする。
このような構成によれば、地面の影響を低減しつつ、干渉の発生を低減することができる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置が前記車両の前方の左および右にそれぞれ配置され、第３レーダ装置および第４レーダ装置が前記車両の後方の左および右にそれぞれ配置され、前記第１レーダ装置乃至前記第４レーダ装置は、送信する電磁波の周波数および偏波方向の少なくとも一方が相互に異なることを特徴とする。
このような構成によれば、４台のレーダ装置を有するレーダシステムの場合でも、干渉の発生を低減することができる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、一方が右旋偏波の電磁波を送信し、他方が左旋偏波の電磁波を送信することを特徴とする。
このような構成によれば、レーダ装置の送信信号を高い精度で同期することなく、干渉の発生を低減することができる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置のいずれか一方は、前記第３レーダ装置および前記第４レーダ装置の一方が送信する電磁波の周波数より高い周波数であるとともに、前記第３レーダ装置および前記第４レーダ装置の他方が送信する電磁波の周波数より低い周波数の電磁波を送信する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、干渉の発生をより確実に低減することができる。

また、本発明は、前記第１レーダ装置および前記第３レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が略同じであり、前記第２レーダ装置および前記第４レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が略同じであり、前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が相互に略直交していることを特徴とする。
このような構成によれば、干渉の発生をより確実に低減することができる。

本発明によれば、複数のレーダ装置の干渉を簡易に低減することが可能なレーダシステムを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るレーダシステムの構成例を示す図である。 図１に示すレーダ装置の構成例を示す図である。 図１に示すレーダシステムを構成するレーダ装置の送受信信号を説明するための図である。 図１に示すレーダシステムを構成するレーダ装置の送受信信号の他の例を説明するための図である。 偏波方向を変更可能な送信アンテナの一例を示す図である。 図５に示す送信アンテナの動作を説明するための図である。 パルス波を送信する他の実施形態の構成例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の実施形態の構成の説明
図１は、本発明の実施形態に係るレーダシステムの構成例を示す図である。この図に示すように、本発明の実施形態に係るレーダシステム１は、レーダ装置１０−１〜１０−４を有している。レーダシステム１は、例えば、自動車等の車両Ｃに搭載され、車両Ｃの周囲に存在する他の車両、歩行者、障害物等の対象物を検出する。

ここで、レーダ装置１０−１〜１０−４は同様の構成とされているので、以下では、これらをレーダ装置１０として説明する。レーダ装置１０は、図２に示すように、制御処理部１１、通信部１２、三角波発生部１３、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１４、増幅部１５、送信アンテナ１６、受信アンテナ１７、増幅部１８、ミキサ１９、フィルタ２０、および、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部２１を有している。

制御処理部１１は、装置の各部を制御するとともに、Ａ／Ｄ変換部２１から供給されるデジタル信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の処理を施すとともに、対象物を検出する処理を実行する。

通信部１２は、他のレーダ装置１０またはゲートウェイ３０との間で、例えば、対象物に関する情報および制御情報等を授受する。

三角波発生部１３は、制御処理部１１の制御に応じて三角波を発生してＶＣＯ１４に供給する。ＶＣＯ１４は、三角波発生部１３から供給される三角波の電圧に応じた周波数で発振し、周波数が三角波に応じて変化するＦＭ（Frequency Modulation）変調信号を出力し、増幅部１５とミキサ１９に送信信号として供給する。

増幅部１５は、ＶＣＯ１４から出力されるＦＭ変調信号を所定のゲインで増幅し、送信アンテナ１６を介して、車両Ｃの周辺に向けて送信する。

受信アンテナ１７は、対象物によって反射された反射信号を受信し、増幅部１８に受信信号として供給する。増幅部１８は、受信アンテナ１７から供給される受信信号を増幅してミキサ１９に供給する。

ミキサ１９は、増幅部１８から供給される受信信号と、ＶＣＯ１４から供給される送信信号とをミキシングし、これらの信号の周波数の和の成分と、周波数の差の成分を生成して出力する。フィルタ２０は、例えば、低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）によって構成され、ミキサ１９から出力される高域成分（周波数の和の成分）を低減し、低域成分（周波数の差の成分）を通過させる。Ａ／Ｄ変換部２１は、フィルタ２０から出力される低域成分をデジタル信号に変換して出力する。

制御処理部１１は、Ａ／Ｄ変換部から供給されるデジタル信号に対してＦＦＴ処理を施し、アップビートおよびダウンビート周波数成分を抽出する。制御処理部１１は、これらのビート周波数成分に基づいて対象物までの距離、および、相対速度を算出する。このようにして算出した対象物に関する情報は、通信部１２を介して他のレーダ装置１０およびゲートウェイ３０に供給される。

ゲートウェイ３０は、レーダ装置１０−１〜１０−４によって検出された対象物に関する情報をＥＣＵ５０に供給する。ＥＣＵ５０は、レーダ装置１０−１〜１０−４によって検出された対象物に関する情報を統合する処理を実行し、得られた情報に基づいて、例えば、運転者に対して警告を発したり、ブレーキを操作したり、ステアリングを操作する処理を実行する。

（Ｂ）本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１０−１〜１０−４によって送受信される信号を示す図である。ここで、図３（Ｂ）は、レーダ装置１０−１〜１０−４から送信されるＦＭ変調信号の周波数の割り当てを示す図である。また、図３（Ａ）はレーダ装置１０−１〜１０−４から送信されるＦＭ変調信号の時間的な変化を示す図である。なお、図３（Ａ）において実線は送信信号を示し、破線は受信信号を示している。図３（Ａ）に示すように、レーダ装置１０−１〜１０−４から送信されるＦＭ変調信号にはそれぞれ異なる周波数帯が割り当てられている。例えば、レーダ装置１０−１には、中心周波数がｆ１で、周波数幅がΔｆの帯域が割り当てられている。また、レーダ装置１０−２には、中心周波数がｆ３で、周波数幅がΔｆの帯域が割り当てられている。また、レーダ装置１０−３には、中心周波数がｆ２で、周波数幅がΔｆの帯域が割り当てられている。さらに、レーダ装置１０−４には、中心周波数がｆ４で、周波数幅がΔｆの帯域が割り当てられている。

図２に示すレーダ装置１０では、三角波によってＦＭ変調された送信信号は、送信アンテナ１６より送信され、対象物によって反射され、受信アンテナ１７によって受信される。ミキサ１９は、受信アンテナ１７によって受信された受信信号と、送信信号とをミキシングすることでビート信号を得る。ここで、ビート周波数ｆ_Ｂは、以下の式（１）で表すことができる。

ｆ_Ｂ＝ｆ_Ｒ±ｆ_Ｖ ・・・（１）

ここで、ｆ_Ｒは、対象物との距離に比例する距離周波数を示し、ｆ_Ｖは、対象物との間の相対速度に比例する速度周波数を示す。

ここで、式（１）のプラス成分は、送信信号の周波数が下降する区間（図３（Ａ）に示すＴ１の区間）に得られるビート信号の周波数（ダウンビートｆ_ＢＤ）で、式（１）のマイナス成分は、送信信号の周波数が上昇する区間（図３（Ａ）に示すＴ２の区間）に得られるビート信号の周波数（アップビートｆ_ＢＵ）である。なお、ｆ_ＢＤおよびｆ_ＢＵは、以下の式（２）および式（３）で表される。

ｆ_ＢＤ＝ｆ_Ｒ＋ｆ_Ｖ ・・・（２）
ｆ_ＢＵ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｖ ・・・（３）

ここで、ｆ_Ｒおよびｆ_Ｖは、以下の式（４）および式（５）で表される。

ｆ_Ｒ＝ｆ_０×Δｆ×Ｒ×ｆ_ｍ／Ｃ ・・・（４）
ｆ_Ｖ＝２×ｆ_０×Ｖ／Ｃ ・・・（５）

ここで、Ｃは電波の伝送速度（光速）であり、ｆ_ｍは三角波の変調周波数であり、ｆ_０は中心周波数（図３の例では、ｆ１〜ｆ４）であり、Δｆは三角波の変調幅である。以上の式（１）〜式（５）により、距離Ｒおよび速度Ｖは次式で求められる。

Ｒ＝（ｆ_ＢＤ＋ｆ_ＢＵ）×Ｃ／８×Δｆ×ｆ_ｍ ・・・（６）
Ｖ＝（ｆ_ＢＤ−ｆ_ＢＵ）×Ｃ／４×ｆ_０ ・・・（７）

レーダ装置１０−１は、図３に示すように、変調幅がΔｆで、中心周波数がｆ１のＦＭ変調信号を送信し、以上の処理に基づいて対象物までの距離Ｒおよび速度Ｖを求める。

同様にして、レーダ装置１０−２は、変調幅がΔｆで、中心周波数がｆ３のＦＭ変調信号を送信し、以上の処理に基づいて対象物までの距離Ｒおよび速度Ｖを求める。また、レーダ装置１０−３は、変調幅がΔｆで、中心周波数がｆ２のＦＭ変調信号を送信し、以上の処理に基づいて対象物までの距離Ｒおよび速度Ｖを求める。さらに、レーダ装置１０−４は、変調幅がΔｆで、中心周波数がｆ４のＦＭ変調信号を送信し、以上の処理に基づいて対象物までの距離Ｒおよび速度Ｖを求める。

ここで、図１に示すように、レーダ装置１０−１，１０−２は、車両の前方の左右にそれぞれ配置されている。また、レーダ装置１０−３，１０−４は、車両の後方の左右にそれぞれ配置されている。前述したように、レーダ装置１０−１，１０−２には、中心周波数がｆ１，ｆ３の帯域が割り当てられ、レーダ装置１０−３，１０−４には、中心周波数がｆ２，ｆ４の帯域が割り当てられている。このため、レーダ装置１０−１，１０−２は、Δｆの帯域を隔てて送信周波数が配置され、レーダ装置１０−３，１０−４もΔｆの帯域を隔てて送信周波数が配置されていることから、同じ方向（前方または後方）にＦＭ変調信号を送信し、重複する検出領域を一部に有するレーダ装置同士がΔｆを隔てた周波数を使用することから干渉の発生を低減することができる。

また、このように、左右に配置されるレーダ装置の干渉を低減することで、前述した処理によって、対象物までの距離と速度を正確に測定することができる。なお、図３の例では、中心周波数がｆ１〜ｆ４の信号は相互に同期するように描画されているが、実際にはこれらは同期する必要はない。

また、図３（Ｂ）に示すように、帯域幅Ｆ（例えば、１ＧＨｚ）を、４台のレーダ装置１０−１〜１４−４で４分割して用いることで、ＶＣＯ１４に線形性が要求される範囲を狭くすることができる。すなわち、帯域幅Ｆ全てを１つのレーダ装置で用いる場合には、帯域幅Ｆの全帯域に対してＶＣＯ１４が線形性を要求されるが、４分割された場合にはＦ／４（＝Δｆ）に対してのみ線形性を要求されることから、ＶＣＯ１４として安価なものを使用することができる。

以上に説明したように、本発明の実施形態では、レーダ装置１０−４〜１０−４に対して帯域幅Ｆを４分割してそれぞれに対して使用帯域として割り当てるようにしたので、レーダ装置間の干渉の発生を低減することができる。また、レーダ装置１０−１にｆ１を割り当て、レーダ装置１０−２にｆ３を割り当て、レーダ装置１０−３にｆ２を割り当て、レーダ装置１０−４にｆ４を割り当てるようにしたので、同じ方向に電磁波を送信するとともに、重複する検出領域を有するレーダ装置同士が使用する周波数をΔｆ離間することで、干渉の発生を一層低減することができる。また、帯域幅Ｆを４台のレーダ装置１０−１〜１０−４に対して分割して割り当てるようにしたので、ＶＣＯ１４に要求される線形性の範囲を狭くすることができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、レーダ装置１０−１〜１０−４に割り当てられる周波数帯は、相互に接近して配置するようにしたが、図４（Ｂ）に示すように、レーダ装置１０−１〜１０−４に割り当てられる周波数帯を所定の周波数帯ｄｆだけ離間して配置するようにしてもよい。このような構成によれば、ＶＣＯ１４の周波数が変化した場合であっても、干渉の発生を確実に防ぐことができる。

また、以上の実施形態では、レーダ装置１０−１〜１０−４のそれぞれに割り当てる送信信号の周波数帯が異なるようにしたが、例えば、送信信号の偏波方向が異なるようにしてもよい。例えば、図１に示す座標軸のように、図１の上下方向をＸ軸とし、左右方向をＹ軸と、紙面の前後方向をＺ軸とする。このような場合に、レーダ装置１０−１が送受信する電磁波の偏波方向はＺ軸に対して＋４５度傾いた状態とし、レーダ装置１０−２が送受信する電磁波の偏波方向はＺ軸に対して−４５度傾いた状態とし、レーダ装置１０−３が送受信する電磁波の偏波方向はＺ軸に対して＋４５度傾いた状態とし、レーダ装置１０−４が送受信する電磁波の偏波方向はＺ軸に対して−４５度傾いた状態とすることができる。このような設定とすることで、前方または後方の左右に配置されたレーダ装置同士が干渉することを防止できる。

なお、偏波方向を左右のレーダ装置で異なるように設定しようとすると、右４５度に偏波方向が傾いたレーダ装置と、左４５度に偏波方向が傾いたレーダ装置の２種類を準備する必要があるが、同一種類のレーダ装置を相互に異なる傾きを付けて設置してもよし、例えば、図５に示すアンテナ６０（信学論(B)，Vol. J94-B，No.9, pp.1181-1189から引用）を用いることで、ＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチ回路６５を切り換えることで、図６（Ａ）に矢印で示すようにＺ軸に対して＋４５度、または、図６（Ｂ）に矢印で示すようにＺ軸に対して−４５度の傾きを有する偏波信号を送受信することができる。なお、図５の例では、アンテナ６０は、４つのパッチ素子６１〜６４と、ＳＰＤＴスイッチ回路６５、第１ポート、第２ポート、および、これらを接続する伝送線路を有している。送信アンテナ６０では、２つの給電ポート（第１ポートおよび第２ポート）から信号を入力することができる互いに直交するアレイアンテナであり、給電ポートをＳＰＤＴスイッチ回路６５によって切り換えることによって偏波方向を電気的に切り換えることができる。

なお、以上の例では、直線偏波を用いる場合を例に挙げて説明したが、円偏波を用いるようにしてもよい。例えば、レーダ装置１０−１は送受信する電磁波として右旋偏波を使用し、レーダ装置１０−２は送受信する電磁波として左旋偏波を使用し、レーダ装置１０−３は送受信する電磁波として左旋偏波を使用し、レーダ装置１０−４は送受信する電磁波として右旋偏波を使用するようにしてもよい。このような設定とすることで、前方または後方の左右に配置されたレーダ装置同士が干渉することを防止できる。

また、以上の実施形態では、三角波を用いてＦＭ変調信号を生成するようにしたが、例えば、図７に示す構成によって、パルス波を用いてＦＭ変調信号を生成するようにしてもよい。なお、図７では、図２と比較すると、三角波発生部１３がパルス波発生部２３に置換されている。これ以外の構成は、図２の場合と同様である。図７に示す実施形態では、送信アンテナ１６からは、パルス変調された送信信号が送信される。このとき、レーダ装置１０−１〜１０−４に割り当てられる周波数帯は図３（Ｂ）と同様である。図７に示す実施形態の場合も、図２と同様の効果を得ることができる。

また、以上の各実施形態では、送信する送信信号の周波数または偏波方向のいずれか一方か異なるようにしたが、これらの双方が異なるようにしてもよい。例えば、図３に示すように、異なる周波数とするとともに、前述したように左右に配置されるレーダ装置の偏波方向が異なるようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、送信アンテナ１６および受信アンテナ１７は、各１つずつとしたが、これらの少なくとも一方を複数有するようにし、送信アンテナと受信アンテナの組み合わせによって形成される送受信系列毎の位相差に基づいて、対象物の存在する角度を検出可能としてもよい。

また、以上の各実施形態では、４台のレーダ装置１０−１〜１０−４を有するようにしたが、車両の前方の左右に搭載される２台のレーダ装置、または、車両の後方の左右に搭載される２台のレーダ装置において、送信する電磁波の周波数および偏波状態の少なくとも一方が相互に異なるようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、車両として自動四輪車を例に挙げて説明したが、これ以外にも自動二輪車や自転車等を検出するようにしてもよい。すなわち、本明細書中において、車両とは自動四輪車には限定されない。

１０−１〜１０−４ レーダ装置
１１ 制御処理部
１２ 通信部
１３ パルス波発生部
１４ ＶＣＯ
１５ 増幅部
１６ 送信アンテナ
１７ 受信アンテナ
１８ 増幅部
１９ ミキサ
２０ フィルタ
２１ Ａ／Ｄ変換部
２３ パルス発生部

Claims (10)

1. 車両の前方または後方の左右にそれぞれ搭載される第１レーダ装置および第２レーダ装置を有するレーダシステムにおいて、
   前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の周波数および偏波状態の少なくとも一方が相互に異なる、
   ことを特徴とするレーダシステム。
2. 前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の周波数が相互に異なる連続波またはパルス波を送信することを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
3. 前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が、相互に略直交していることを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
4. 前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が水平面に対して略４５度の傾きを有する、ことを特徴とする請求項３に記載のレーダシステム。
5. 前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向を所定の方向および前記所定の方向に対し略９０度異なる方向のいずれか一方を電気的に選択可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載のレーダシステム。
6. 前記所定の方向は、水平面に対して略４５度である、ことを特徴とする請求項５に記載のレーダシステム。
7. 前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置が前記車両の前方の左および右にそれぞれ配置され、第３レーダ装置および第４レーダ装置が前記車両の後方の左および右にそれぞれ配置され、前記第１レーダ装置乃至前記第４レーダ装置は、送信する電磁波の周波数および偏波方向の少なくとも一方が相互に異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーダシステム。
8. 前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、一方が右旋偏波の電磁波を送信し、他方が左旋偏波の電磁波を送信することを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
9. 前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置のいずれか一方は、前記第３レーダ装置および前記第４レーダ装置の一方が送信する電磁波の周波数より高い周波数であるとともに、前記第３レーダ装置および前記第４レーダ装置の他方が送信する電磁波の周波数より低い周波数の電磁波を送信する、ことを特徴とする請求項７に記載のレーダシステム。
10. 前記第１レーダ装置および前記第３レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が略同じであり、
    前記第２レーダ装置および前記第４レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が略同じであり、
    前記第１レーダ装置および前記第２レーダ装置は、送信する電磁波の偏波方向が相互に略直交していることを特徴とする請求項７に記載のレーダシステム。

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