KR102435550B1 - 레이더 신호처리 장치 및 그 신호처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도나 그 주변 클러터 상황을 반영하여 추가적인 빔 조향을 수행함에 따라 전방의 타겟을 감지하는 감지성능을 향상시킬 수 있도록 한 레이더 신호처리 장치 및 그 신호처리방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부와, 그 송신부를 통하여 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통하여 수신된 수신신호를 근거로 하여 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟을 추출하는 신호처리부를 포함하는 레이더 신호처리장치에 있어서, 상기 수신부는 복수의 수신안테나를 포함하는 안테나 배열을 이용하여 레이더 신호를 수신하고, 상기 신호처리부는 상기 복수의 수신안테나로부터 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하고, 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않으면 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도를 결정하여 결정된 타겟의 각도와 일치하도록 추가적인 빔조향을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치가 제공된다.

Description

레이더 신호처리 장치 및 그 신호처리방법{APPARATUR FOR PROCESSING SIGNAL OF RADAR AND METHOD FOR PROCESSING SIGNAL THEREOF}
본 발명은 레이더 신호처리 장치 및 그 신호처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빔조향을 수행하여 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않으면 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도나 그 주변 클러터 상황을 반영하여 추가적인 빔 조향을 수행함에 따라 전방의 타겟을 감지하는 감지성능을 향상시킬 수 있도록 한 레이더 신호처리 장치 및 그 신호처리방법에 관한 것이다.
위상 배열 안테나 방식의 레이더 센서는 일정방향으로 배열된 다수의 안테나에서 수신되는 신호의 세기와 위상차를 이용하여 타겟을 감지한다. 이때 다수의 수신 안테나에서 수신되는 신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio(SNR)) 개선을 위해 디지털 빔포밍을 통한 통합을 수행하고, 추가적으로 일정한 위상변이를 통해 빔의 지향각을 결정할 수 있다.
디지털 빔 포밍 기술을 이용한 차량용 레이더 시스템은 대한민국 등록특허 제0750967호 외 다수가 출원되어 있는 상태이다.
상기 특허를 포함하여 위상 배열 안테나 방식의 레이더 센서에서 지향각의 결정은 신호와 클러터의 신호크기와 관련되어 레이더 감지 성능 결정에 큰 영향을 준다. 타겟의 위치가 빔의 지향각과 일치할 경우 타겟의 신호 크기는 충분히 높아지지만, 일치하지 않을 경우 타겟의 수신신신호가 상대적으로 작아져 타겟의 감지 성능이 저하된다.
타겟의 감지성능을 높이기 위해서는 클러터의 신호크기(Signal to Clutter Ratio)가 최대가 되는 다양한 각도에 대한 디지털 빔포밍이 수행되어야 하는데, 이는 연산량의 제한을 받는다는 문제점을 가지고 있다.
따라서 일정한 위상변이 외에도 취약한 각도에 존재하는 타겟과 일치시키는 추가적인 디지털 빔포밍을 수행하여 타겟의 감지 성능을 향상시키는 개선된 레이더 신호처리 장치가 요구된다.
대한민국 등록특허 제0750967호(2007.08.14) "가상 배열형 안테나 시스템 기반의 근거리 고해상도 차량용 레이더 시스템"
본 발명의 목적은, 빔조향을 수행하여 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않으면 타겟의 각도를 결정하여 결정된 타겟의 각도와 일치하는 추가적인 빔조향을 수행함으로써 취약한 위치에 타겟이 존재하더라도 타겟의 감지 성능을 가능하게 한 레이더 신호처리 장치 및 그 신호처리방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 빔조향을 수행하여 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않고 차량 주변에 클러터가 존재하면 타겟과 클러터의 이득을 획득하여 획득된 이득의 비율(SCR)이 최대가 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행함으로써 타겟과 클러터의 신호세기가 명확히 구별되어 타겟의 거리, 속도 및 방위각의 추출을 가능하게 한 레이더 신호처리 장치 및 그 신호처리방법을 제공함도에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부와, 그 송신부를 통하여 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통하여 수신된 수신신호를 근거로 하여 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟을 추출하는 신호처리부를 포함하는 레이더 신호처리장치에 있어서, 상기 수신부는 복수의 수신안테나를 포함하는 안테나 배열을 이용하여 레이더 신호를 수신하고, 상기 신호처리부는 상기 복수의 수신안테나로부터 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하고, 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않으면 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도를 결정하여 결정된 타겟의 각도와 일치하도록 추가적인 빔조향을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치가 제공된다.
상기 신호처리부는 추종하고 있는 타겟의 트랙정보에 근거하여 상기 타겟의 각도를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 신호처리부는 상기 차량의 주행진행방향에 맞춰 상기 타겟의 각도를 결정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부와, 그 송신부를 통하여 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통하여 수신된 수신신호를 근거로 하여 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟을 추출하는 신호처리부를 포함하는 레이더 신호처리장치에 있어서, 상기 수신부는 복수의 수신안테나를 포함하는 안테나 배열을 이용하여 레이더 신호를 수신하고, 상기 신호처리부는 상기 복수의 수신안테나로부터 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하고, 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않고 상기 차량의 주변에 클러터가 존재하면 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟과 클러터의 게인을 각각 획득하여 획득된 게인의 비율이 미리 설정된 최대기준비율이 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치가 제동된다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부와, 그 송신부를 통하여 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통하여 수신된 수신신호를 근거로 하여 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟을 추출하는 신호처리부를 포함하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법으로서, 상기 신호처리부가 상기 수신부에 포함되는 복수의 수신안테나로부터 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하는 단계; 상기 신호처리부가 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않으면 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 타겟의 각도와 일치하도록 추가적인 빔조향을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법이 제공된다.
상기 결정하는 단계는 추종하고 있는 타겟의 트랙정보에 근거하여 상기 타겟의 각도를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 결정하는 단계는 상기 차량의 주행진행방향에 맞춰 상기 타겟의 각도를 결정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부와, 그 송신부를 통하여 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통하여 수신된 수신신호를 근거로 하여 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟을 추출하는 신호처리부를 포함하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법으로서, 상기 신호처리부가 상기 수신부에 포함되는 복수의 수신안테나로부터 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하는 단계; 상기 신호처리부가 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않고 상기 차량의 주변에 클러터가 존재하면 타겟과 클러터의 게인을 각각 획득하는 단계; 및 상기 신호처리부가 상기 획득된 게인의 비율이 미리 설정된 최대기준비율이 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면 빔조향을 수행하여 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않으면 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도를 결정하여 결정된 타겟의 각도와 일치하는 추가적인 빔조향을 수행함으로써 취약한 위치에 타겟이 존재하더라도 타겟의 감지 성능을 가능하게 한 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 빔조향을 수행하여 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않고 차량 주변에 클러터가 존재하면 타겟과 클러터의 이득을 획득하여 획득된 이득의 비율(SCR)이 최대가 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행함으로써 타겟과 클러터의 신호세기가 명확히 구별되어 타겟의 거리, 속도 및 방위각의 추출을 가능하게 한 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호처리장치를 설명하기 위한 블록도,
도 2는 빔조향을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 기본빔을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예 따른 레이더 신호처리장치의 신호처리방법을 설명하기 위한 동작 흐름도,
도 5는 타겟의 각도와 일치하도록 추가적인 빔조향을 수행하는 환경을 설명하기 위한 화면 예시도,
도 6은 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행하는 환경을 설명하기 위한 화면 예시도, 그리고
도 7은 주변에 클러터가 존재할 경우 타겟신호와 클러터신호를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호처리장치를 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있고, 도 2는 빔조향을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있으며, 도 3은 기본빔을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호처리장치는 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부(10)와, 송신된 레이더신호에 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부(20)와, 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하여 차량의 전방에 위치하는 타겟과의 거리, 속도 및 방위각도를 추출하는 신호처리부(30)를 포함한다.
수신부(20)는 복수의 수신 안테나를 포함하는 안테나 배열을 이용하여 송신부(10)에 의해 송신된 레이더신호 중에서 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신한다.
도 2를 참조하면 신호처리부(30)는 복수의 수신 안테나로부터 수신된 수신신호를 각각 ADC(Analog-Digital Converter)를 거쳐 디지털신호를 변환하고 디지털신호로 변환된 수신신호의 위상(phase)을 천이(shift)하여 천이된 위상을 합하여 얻어지는 게인을 확보하기 위한 빔조향(Digital Beamforming)을 수행한다.
신호처리부(30)는 조향된 빔, 즉 기본빔에 타겟이 존재하는지 여부를 판단하고 기본빔에 타겟이 존재하지 않으면 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도를 결정하고 결정된 타겟의 각도와 일치하도록 추가적인 빔조향을 수행한다.
여기서 타겟의 각도 및 존재 유무의 판단은 송신부(10) 및 수신부(20)를 포함하는 레이더(radar)센서를 통한 감지가 실시간으로 이루어지고 있기 때문에 이전 연산 주기(cycle)동안 이루어진 신호처리의 결과물인 차량의 트랙정보(거리, 속도, 각도 정보)를 통해 예측할 수 있다. 트랙(track)은 신호처리에서 오차를 포함하여 측정되는 타겟정보를 이용하여 실제 타겟이 존재한다고 판단되는 위치를 추정한 신호처리 최종 결과물이다. 만일 수신되는 신호 특성이 좋지 않아 타겟이 검출되지 않더라도 이전 주기의 트랙정보를 이용하여 트랙킹(tracking)에서는 실제 타겟 위치를 예측할 수 있다. 타겟의 존재 유무는 추종하는 전방차량의 유무를 의미한다.
기본빔은 도 3에 잘 되시되어 있으며, 일정각도 만큼 조절된 3개의 빔일 수 있다.
신호처리부(30)는 추종하는 타겟의 트랙킹(tracking) 정보에 포함된 타겟의 각도를 추출하여 결정하거나, 차량의 주행진행방향에 따라 타겟의 각도를 결정할 수 있다.
또한 신호처리부(30)는 이와 같이 결정된 타겟의 각도와 일치하도록 추가적인 빔조향을 통하여 전방에 위치하는 타겟을 감지하여 타겟의 거리, 속도 및 방위각도를 추출한다. 즉, 신호처리부(30)는 어느 빔에서 추출되던지 타겟이라고 판단되는 피크주파수가 측정되면 해당되는 주파수의 신호정보를 이용하여 타겟의 거리정보( 타겟의 거리, 속도 및 방위각도 등)를 추출할 수 있다.
이와 같이 추출된 타겟의 거리, 속도 및 방위각도는 운전자 편의 장치, 예를 들면 적응순항제어장치에 적용되어 안정적으로 선행차량과 정해진 차간거리를 유지하면서 자율주행을 가능하게 할 수 있다.
또한 신호처리부(30)는 차량의 주변에 클러터, 예를 들면 가드레일이 존재하는 경우 타겟과 클러터의 이득을 각각 계산하고 계산된 이득의 비율(SCR: Signal to Clutter Ratio)이 미리 설정된 최대기준비율이 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행한다. 즉 신호처리부(30)는 최적의 SCR이 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행하기 때문에 타겟신호와 클러터신호의 구분이 가능하여 주변에 클러터가 존재하더라도 타겟을 용이하게 추출할 수 있다.
신호처리부(30)는 송신부(10) 및 수신부(20)를 포함하는 레이더센서가 속도정보를 포함하고 있기 때문에 절대속도가 '0'인 정지타겟들을 클러터라고 판단한다. 타겟과 동일하게 클러터들도 각도정보를 가지고 있기 때문에 속도가 0인 정지타겟들이 길게 늘어져 있거나 특정군집을 이루고 있으면 여러 판단로직들을 통해 해당 각도에 클러터가 위치한다고 판단할 수 있다. 여기서는 레이더에 포함된 속도정보를 근거로 하여 클러터를 판단하는 것으로 설명하고 있으나, 카메라를 통하여 획득된 주변영상을 토대로 클러터가 존재하는지 여부를 판단할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 신호처리장치의 신호처리방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면 신호처리부(30)는 송신부(10)를 통하여 송신된 레이더신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 복수의 수신 안테나를 통하여 각각 수신한다(S11).
신호처리부(30)는 수신된 수신신호를 합하여 원하는 이득을 확보하기 위한 빔조향을 수행한다(S13). 이때 수행되는 빔조향은 미리 정해진 각도로 3개의 기본빔을 조향한다.
신호처리부(30)는 조향된 기본빔에 타겟이 존재하는지 여부를 판단한다(S15).
상기 S15 단계의 판단결과, 조향된 기본빔에 타겟이 존재하는 경우 신호처리부(30)는 타겟의 거리, 속도 및 방위각도를 추출한다(S23).
상기 S15 단계의 판단결과, 조향된 기본빔에 타겟이 존재하지 않으면 신호처리부(30)는 차량의 주변에 클러터가 존재하는지 여부를 판단한다(S17).
상기 S17 단계의 판단결과 차량의 주변에 클러터가 존재하지 않은 경우 신호처리부(30)는 차량의 전방에 위치하는 타겟의 각도를 결정한다(S19). 이때 타겟의 각도는 추종중에 있는 타겟의 트랙킹 정보에 근거하여 결정하거나, 또는 차량의 주행진향방향에 근거하여 결정할 수 있다.
신호처리부(30)는 결정된 타겟의 각도와 일치하도록 추가적인 빔조향을 수행한다(S21).
상기 S17 단계의 판단결과 차량의 주변에 클러터가 존재하는 경우 신호처리부(30)는 타겟과 클러터의 이득을 각각 획득하고, 획득된 이득의 비율을 미리 설정된 최대기준비율이 되도록 조향각을 조절하여 추가적인 빔조향을 수행한다(S22).
도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 각도별 게인을 참고하여 신호처리유닛(30)은 트랙을 이용한 타겟과 클러터의 각도정보를 가지고 있기 때문에 빔조향 게인 그래프의 x축에 타겟과 클러터 각도정보를 대입하여 각각의 이득을 획득할 수 있다. 빔포밍 지향각도가 변화하면 타겟각도와 클러터각도에 대한 이득도 당연히 변하게 된다. 이 이득의 비율이 최대가 되는 빔포밍 조향각도도 반대로 찾을 수 있다.
신호처리부(30)는 추가적인 빔조향을 통하여 타겟의 거리, 각도 및 방위각도를 추출한다(S23).
도 5의 (a)와 같이 선행차량을 추종중인 곡선로 주행시 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 3개의 기본빔에서 취약한 각도에 타겟이 존재하더라도 타겟의 각도(
Figure 112015055428453-pat00001
)와 일치하도록 추가적인 빔조향(VB)을 수행하기 때문에 타겟의 감지성능을 향상시킬 수 있다. 이때 타겟의 각도(
Figure 112015055428453-pat00002
)는 빔의 조향각도(
Figure 112015055428453-pat00003
)와 일치한다.
또한 도 6의 (a)와 같이 선행차량을 추종중인 곡선로 주행시 차량의 주변에 가드레일이 있는 환경에서 3개의 기본빔에 취약한 각도에 타겟이 존재하더라도 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 타겟과 클러터간의 비율(SCR)이 최대가 되도록 조절된 조향각도(
Figure 112015055428453-pat00004
)로 추가적인 빔조향(VB)을 수행하기 때문에 타겟의 감지성능을 향상시킬 수 있다.
도 6의 (a)와 같은 주행환경에서 3개의 기본빔을 조향하여 측정되는 파형을 도 7의 (a)에 도시하고 있고, 3개의 기본빔외에도 타겟과 클러터의 이득의 비율이 최대가 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔을 조향하여 측정된 파형을 도 7의 (b)에 도시하고 있다. 도 7의 (b)에 도시된 그래프에서 보듯이 차량의 주변에 클러터가 존재할 경우 타겟신호(T)와 클러터신호(C)간의 신호대 클러터 비율(SCR)이 최대기준비율이 되도록 조향각도를 조절함으로써 타겟신호(T)와 클러터신호(C)를 충분히 구분할 수 있을 뿐만 아니라 타겟신호의 추출이 가능하여 타겟과의 거리, 속도 및 방위각도를 용이하게 추출할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
10 : 송신부 20 : 수신부
30 : 신호처리부

Claims (8)

  1. 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부와, 그 송신부를 통하여 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통하여 수신된 수신신호를 근거로 하여 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟을 추출하는 신호처리부를 포함하는 레이더 신호처리장치에 있어서,
    상기 수신부는 복수의 수신안테나를 포함하는 안테나 배열을 이용하여 레이더 신호를 수신하고,
    상기 신호처리부는 상기 복수의 수신안테나로부터 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하고, 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않고 상기 차량의 주변에 클러터가 존재하면 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟과 클러터의 게인을 각각 획득하여 획득된 게인의 비율이 미리 설정된 최대기준비율이 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호처리부는 추종하고 있는 타겟의 트랙정보에 근거하여 상기 타겟의 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호처리부는 상기 차량의 주행진행방향에 맞춰 상기 타겟의 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치.
  4. 삭제
  5. 차량의 전방을 향하여 레이더신호를 송신하는 송신부와, 그 송신부를 통하여 송신된 레이더 신호 중 반사되어 돌아오는 수신신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신부를 통하여 수신된 수신신호를 근거로 하여 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟을 추출하는 신호처리부를 포함하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법으로서,
    상기 신호처리부가 상기 수신부에 포함되는 복수의 수신안테나로부터 수신된 수신신호를 합하여 원하는 게인을 확보하기 위한 빔조향을 수행하는 단계;
    상기 신호처리부가 조향된 빔에 타겟이 존재하지 않고 상기 차량의 주변에 클러터가 존재하면 상기 차량의 전방에 위치하는 타겟과 클러터의 게인을 각각 획득하는 단계; 및
    상기 신호처리부가 상기 획득된 게인의 비율이 미리 설정된 최대기준비율이 되도록 조향각도를 조절하여 추가적인 빔조향을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 추종하고 있는 타겟의 트랙정보에 근거하여 상기 타겟의 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 상기 차량의 주행진행방향에 맞춰 상기 타겟의 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호처리장치의 신호처리방법.
  8. 삭제
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