Métodos y sistemas para localización pasiva de alcance y profundidad.

Un método para determinar un alcance y una profundidad de un objetivo submarino (10),

que comprende:recibir una señal sonora del objetivo (12), en el que la señal sonora incluye una pluralidad de partes de señalsonora, propagándose cada una de las partes de señal sonora sobre una respectiva de una pluralidad detrayectorias de propagación, en el que dos trayectorias cualesquiera de propagación corresponden a un parde trayectorias de propagación;

convertir la señal sonora en una o más señales electrónicas (16);

generar una señal de correlación asociada con al menos una o más señales electrónicas (18);

identificar una característica de correlación en la señal de correlación (20);

medir un parámetro de la característica de correlación identificada (22);

carcterizado por:

suponer una profundidad del objetivo (24);

seleccionar un par de trayectorias de propagación asociadas con la característica de correlaciónidentificada y con la profundidad supuesta (26);

estimar un alcance del objetivo en la profundidad supuesta usando el par de trayectorias de propagaciónseleccionadas (28);

procesar el alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un alcanceresuelto del objetivo (30) en la profundidad supuesta y un primer par de trayectorias de propagaciónresueltas asociadas; y

asignar un factor de probabilidad al alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta (32).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/011653.

Solicitante: RAYTHEON COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 870 WINTER STREET WALTHAM, MA 02451-1449 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: NOVICK,Arnold W, MCPHILLIPS,Kenneth J.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01S11/14 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 11/00 Sistemas para determinar la distancia o la velocidad que no utilizan la reflexión o la rerradiación (establecimiento de la posición mediante la coordinación de dos o más determinaciones de distancia G01S 5/00). › que utilizan ondas ultrasonoras, sonoras, o infrasonoras.
  • G01S5/18 G01S […] › G01S 5/00 Establecimiento de la posición mediante la coordinación de dos o más determinaciones de dirección o de líneas de posición; Establecimiento de la posición mediante la coordinación de dos o más determinaciones de distancia. › que utilizan ondas ultrasonoras, sonoras, o infrasonoras.

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Fragmento de la descripción:

Métodos y sistemas para localización pasiva de alcance y profundidad

Campo de la invención

Esta invención se refiere generalmente a métodos y sistemas acústicos y, más particularmente, a métodos y sistemas, que proporcionan una localización de alcance/profundidad de un generador de sonido pasivo, por ejemplo, un objetivo submarino.

Antecedentes de la invención

Se conoce que un buque submarino (es decir, un submarino) genera sonido, que generalmente es referido como sonido pasivo, cuando se desplaza por el agua. El sonido pasivo se genera por una variedad de fuentes, incluyendo, sin limitar a, el sonido generado por un sistema de propulsión del submarino, el sonido generado por una hélice del submarino, y el sonido generado por un generador de potencia eléctrica del submarino. Se conoce que los diseñadores de submarinos intentan reducir estas y otras fuentes de sonido pasivo con el fin de hacer que sea difícil detectar un submarino por medios acústicos, quedando por lo tanto lo más encubierto posible.

Algunos sistemas de sonar de guerra antisubmarina (GAS) intentan detectar el sonido submarino pasivo generado por un submarino enemigo. Algunos otros sistemas de sonar de GAS intentan detectar el sonido pasivo y también localizar y/o seguir la pista del submarino enemigo. La localización se usa para identificar una posición del submarino enemigo en acimut, y/o en alcance, y/o en profundidad.

Los sistemas de sonar de GAS pasivo intentan detectar, localizar y/o seguir la pista del submarino enemigo usando solamente el sonido pasivo recibido. El sistema de sonar pasivo puede permanecer encubierto e indetectable por el submarino enemigo. Algunos sistemas de sonar pasivo usan técnicas de formación de haces para generar y recibir haces. Los haces recibidos pueden dirigirse con acimuts para detectar, localizar y/o seguir la pista del submarino enemigo en acimut. El haz recibido también puede dirigirse a ángulos verticales.

Incluso a alcances relativamente cortos, la localización en profundidad y alcance no es generalmente posible cuando solamente se recibe sonido pasivo y depende de una dirección del señalamiento de los haces recibidos (dirigidos a un ángulo de dirección del haz vertical) . Esto es porque para cualquier haz recibido y haz vertical asociado que señala hacia un submarino enemigo, el submarino enemigo puede colocarse en un número esencialmente infinito de alturas y alcances a lo largo del ángulo de dirección del haz vertical.

A alcances más largos, la localización del submarino enemigo en alcance y profundidad se hace incluso más difícil por una variedad de factores, incluyendo pero sin limitar a, una tendencia del sonido pasivo generado por el submarino enemigo a curvarse (es decir, refractar) , principalmente en una dirección vertical, cuando el sonido se propaga por el agua. Por lo tanto, el ángulo vertical al que la mayor cantidad de sonido llega en el sistema del sonar, que está relacionado con un ángulo de haz vertical particular recibido, no señala necesariamente en la dirección del submarino enemigo. Por lo tanto, deben usarse otras técnicas para localizar el objetivo en alcance y profundidad.

El proceso de banda estrecha, o de campo combinado, es una técnica conocida usada para localizar en alcance y profundidad. Sin embargo, el proceso de banda estrecha requiere una mayor selección de sonar, que no es práctico para muchas aplicaciones. El proceso de banda estrecha también sufre los efectos de la refracción de sonido anteriormente descrita.

El proceso de autocorrelación de banda ancha es una técnica conocida en la que una señal recibida por un elemento sonar (es decir, un transductor de sonar) , o un selección de sonar, se autocorrelaciona para identificar un tiempo de retardo relativo entre el sonido pasivo que llega al elemento sonar sobre una trayectoria de sonido directo y la llegadas del sonido pasivo el elemento sonar sobre una trayectoria de sonido reflejado en la superficie. El tiempo de retardo relativo puede usarse para calcular el alcance y la profundidad. Sin embargo, la ejecución de esta técnica puede degradarse enormemente en estados del mar de moderado a alto (es decir, cuando la superficie del mar tiene olas altas) , debido a la dispersión del sonido reflejado dese la superficie, que causa que la correlación se degrade.

El documento EP1 271 175 enseña un método para determinar la posición de un objetivo que emite sonido.

Resumen de la invención

La invención se define en las reivindicaciones a la que se dirige ahora la referencia.

Breve descripción de los dibujos

Las características anteriores de la invención, así como la propia invención pueden entenderse de manera más completa a partir de la siguiente descripción detallada de los dibujos, en los que.

La FIG. 1 es un organigrama que muestra un proceso para determinar un alcance y una profundidad de un objetivo submarino, La FIG. 2 es un organigrama que muestra más detalles del proceso de la FIG. 1; La FIG. 2A es un organigrama que muestra más detalles del proceso de la FIG. 1 alternativos a los de la FIG. 2; La FIG. 3 es un organigrama que muestra más detalles del proceso de la FIG. 1; Las FIGS. 3A y 3B son organigramas que muestran más detalles del proceso de la FIG. 1 alternativos a los de la FIG. 3; La FIG. 4 es un organigrama que muestra aún más detalles del proceso de la FIG. 1; La FIG. 5 es una imagen que muestra una disposición de formación de haces de la presente invención que tiene dos trayectorias de sonido, para las que se usa una correlación de cruce; La FIG. 6 es una imagen que muestra una disposición omnidireccional de la presente invención que tiene dos trayectorias de sonido, para las que se usa una autocorrelación; La FIG. 6A es una imagen que muestra más detalles de la disposición omnidireccional de la FIG. 6; La FIG. 7 es una imagen que muestra otra disposición de formación de haces de la presente invención que tiene dos trayectorias de sonido, para las que se usa una autocorrelación; La FIG. 7A es una imagen que muestra más detalles de la disposición de formación de haces de la FIG. 6; La FIG. 8 es una imagen que muestra otra disposición de formación de haces de la presente invención que tiene dos trayectorias de sonido, para las que se usa una autocorrelación; La FIG. 9 es una imagen que muestra una disposición omnidireccional de la presente invención que tiene dos trayectorias de sonido, para las que se usa una correlación de cruce; La FIG. 9A es una imagen que muestra más detalles de la disposición omnidireccional de la FIG. 9; La FIG. 10 es un gráfico que muestra características de correlación conseguidas por una autocorrelación; La FIG. 11 es un gráfico que muestra características de correlación conseguidas por una correlación de cruce; La FIG. 12 es un diagrama de bloques de un sistema para determinar un alcance y una profundidad de un objetivo submarino; La FIG. 13 es un gráfico que muestra una técnica para encontrar una profundidad localizada de un objetivo submarino; La FIG. 14 es un gráfico que muestra una técnica para encontrar un alcance localizado del objetivo submarino; y La FIG. 15 es un gráfico que muestra una técnica para encontrar una profundidad y un alcance localizados del objetivo submarino de acuerdo con el gráfico de la FIG. 13.

Descripción detallada de la invención

Antes de describir el método y sistema para la localización pasiva de alcance y profundidad, se explican algunos conceptos y terminología introductoria. Como se usa en el presente documento, el término “sonido pasivo” se usa para describir el sonido generado por un objeto, que no se genera con el fin de proporcionar una función acústica. Por ejemplo, un submarino, cuando se desplaza por el agua, genera sonido pasivo desde un sistema de propulsión, desde una hélice, desde una planta de potencia eléctrica y desde vibraciones inducidas por el flujo. El sonido pasivo puede tener una variedad de características espectrales, tanto de banda estrecha como de banda ancha, que son representativas del tipo de objetivo (por ejemplo, un buque que no es submarino, un submarino, etc.) .

Como se usa en el presente documento, el término “sonido activo” se usa para describir el sonido que se genera intencionadamente por un objeto con el fin de proporcionar una función acústica. Por ejemplo, el submarino puede transmitir sonido activo en el agua con un sistema de sonar activo con el fin de recibir ecos de retorno de objetos en

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Reivindicaciones:

1. Un método para determinar un alcance y una profundidad de un objetivo submarino (10) , que comprende:

recibir una señal sonora del objetivo (12) , en el que la señal sonora incluye una pluralidad de partes de señal sonora, propagándose cada una de las partes de señal sonora sobre una respectiva de una pluralidad de trayectorias de propagación, en el que dos trayectorias cualesquiera de propagación corresponden a un par de trayectorias de propagación; convertir la señal sonora en una o más señales electrónicas (16) ; generar una señal de correlación asociada con al menos una o más señales electrónicas (18) ; identificar una característica de correlación en la señal de correlación (20) ; medir un parámetro de la característica de correlación identificada (22) ;

carcterizado por:

suponer una profundidad del objetivo (24) ; seleccionar un par de trayectorias de propagación asociadas con la característica de correlación identificada y con la profundidad supuesta (26) ; estimar un alcance del objetivo en la profundidad supuesta usando el par de trayectorias de propagación seleccionadas (28) ; procesar el alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un alcance resuelto del objetivo (30) en la profundidad supuesta y un primer par de trayectorias de propagación resueltas asociadas; y asignar un factor de probabilidad al alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta (32) .

2. El método de la Reivindicación 1, que además comprende:

seleccionar un segundo par de trayectorias de propagación asociadas con la características de correlación identificada y con la profundidad supuesta (86) ; estimar un segundo alcance del objetivo en la profundidad supuesta usando el segundo par de trayectorias de propagación seleccionadas (90) ; procesar el segundo alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un segundo alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta y un segundo par de trayectorias de propagación resueltas asociadas; asignar un segundo factor de probabilidad al segundo alcance resuelto; y seleccionar de entre el alcance resuelto y el segundo alcance resuelto.

3. El método de la Reivindicación 1, que además comprende:

suponer una segunda profundidad del objetivo; seleccionar un segundo par de trayectorias de propagación asociadas con la característica de correlación identificada y con la segunda profundidad supuesta; estimar un segundo alcance del objetivo en la segunda profundidad supuesta usando el segundo par de trayectorias de propagación seleccionadas; procesar el segundo alcance estimado del objetivo en la segunda profundidad supuesta para proporcionar un segundo alcance resuelto en la segunda profundidad supuesta; asignar un segundo factor de probabilidad al segundo alcance resuelto; y seleccionar de entre el alcance resuelto y el segundo alcance resuelto.

4. El método de la Reivindicación 1, que además comprende:

identificar una segunda característica de correlación en la señal de correlación; medir un parámetro de la segunda característica de correlación identificada; seleccionar un segundo par de trayectorias de propagación asociadas con la segunda característica de correlación y con la profundidad supuesta; estimar un segundo alcance del objetivo en la profundidad supuesta usando el segundo par de trayectorias de propagación seleccionadas; procesar el segundo alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un segundo alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta; asignar un segundo factor de probabilidad al segundo alcance resuelto; y seleccionar de entre el alcance resuelto y el segundo alcance resuelto.

5. El método de la Reivindicación 1, que además comprende:

generar una segunda correlación asociada con al menos una o más señales electrónicas para proporcionar una segunda señal de correlación; identificar una segunda característica de correlación en la segunda señal de correlación;

medir un parámetro de la segunda característica de correlación identificada; seleccionar un segundo par de trayectorias de propagación asociadas con la segunda característica de correlación y con la profundidad supuesta; estimar un segundo alcance del objetivo en la profundidad supuesta usando el segundo par de trayectorias de propagación seleccionadas; procesar el segundo alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un segundo alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta; asignar un segundo factor de probabilidad al segundo alcance resuelto; y seleccionar de entre el alcance resuelto y el segundo alcance resuelto.

6. El método de la Reivindicación 1, en el que al menos uno de la generación de una correlación, la identificación de una característica de correlación, la suposición de una profundidad, o la selección de un par de trayectorias de propagación se repite para proporcionar al menos una de otra señal de correlación, otra características de correlación identificada, otra profundidad supuesta, u otro par de trayectorias de propagación seleccionadas, así como para proporcionar otro alcance estimado del objetivo, otro alcance resuelto del objetivo, y otro factor de probabilidad, en el que el proceso además comprende seleccionar de entre el alcance resuelto y el otro alcance resuelto.

7. El método de la Reivindicación 1, en el que la conversión de las señales sonoras a una o más señales electrónicas comprende la formación de haces para proporcionar una o más señales electrónicas asociadas con los respectivos haces acústicos, teniendo cada haz acústico un respectivo ángulo de haz, en el que el método además comprende:

identificar al menos uno de un primer ángulo de llegada de la primera parte de señal sonora o un segundo ángulo de llegada de la segunda parte de señal sonora.

8. El método de la Reivindicación 7, en el que la selección de un par de trayectorias de propagación comprende:

seleccionar un modelo de propagación de alcance estimado; identificar una primera trayectoria de propagación, usando el modelo de propagación de alcance estimado, que tiene un ángulo de llegada cercano a un ángulo de llegada asociado con un primer ángulo de haz; identificar una segunda trayectoria de propagación, usando el modelo de propagación de alcance estimado, que tiene un ángulo de llegada cercano a un ángulo de llegada asociado con un segundo ángulo de haz; calcular un primer alcance del objetivo en la profundidad supuesta a lo largo de la primera trayectoria de propagación identificada; calcular un segundo alcance del objetivo en la profundidad supuesta a lo largo de la segunda trayectoria de propagación identificada; y combinar el primer alcance con el segundo alcance para identificar el alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta.

9. El método de la Reivindicación 8, en el que el procesamiento del alcance estimado del objetivo comprende:

seleccionar un modelo de propagación de resolución de alcance; identificar una primera trayectoria de propagación modificada, usando el modelo de propagación de resolución de alcance, que pasa a través del alcance estimado en la profundidad supuesta; identificar una segunda trayectoria de propagación modificada, usando el modelo de propagación de resolución de alcance, que pasa a través del alcance estimado en la profundidad supuesta; calcular una diferencia de tiempo de retardo entre la primera trayectoria de propagación modificada y la segunda trayectoria de propagación modificada; comparar la diferencia calculada de tiempo de retardo entre la primera trayectoria de propagación modificada y la segunda trayectoria de propagación modificada con un tiempo de retardo medido de la característica de correlación identificada; y mover el alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta a un alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta de acuerdo con la comparación del tiempo de retardo, en el que el alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta se asocia con una primera trayectoria de propagación resuelta que tiene un primer ángulo de trayectoria resuelta y una segunda trayectoria de propagación resuelta que tiene un segundo ángulo de trayectoria resuelta.

10. El método de la Reivindicación 9, en el que la asignación de un factor de probabilidad comprende al menos uno de:

11. El método de la Reivindicación 1, en el que la selección de un par de trayectorias de propagación comprende:

seleccionar un modelo de propagación de alcance estimado; identificar una primera trayectoria de propagación de isovelocidad que tiene un primer ángulo de llegada de isovelocidad, usando un modelo de propagación de isovelocidad; identificar una segunda trayectoria de propagación de isovelocidad que tiene un segundo ángulo de llegada de isovelocidad, usando un modelo de propagación de isovelocidad; identificar una primera trayectoria de propagación, usando el modelo de propagación seleccionado, que tiene un ángulo de llegada cercano al primer ángulo de llegada de isovelocidad; identificar una segunda trayectoria de propagación, usando el modelo de propagación seleccionado, que tiene un ángulo de llegada cercano al segundo ángulo de llegada de isovelocidad; calcular un primer alcance del objetivo en la profundidad supuesta a lo largo de la primera trayectoria de propagación identificada; calcular un segundo alcance del objetivo en la profundidad supuesta a lo largo de la segunda trayectoria de propagación identificada; y combinar el primer alcance con el segundo alcance para identificar el alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta.

12. El método de la Reivindicación 11, en el que el procesamiento del alcance estimado del objetivo comprende:

seleccionar un modelo de propagación de resolución de alcance; identificar una primera trayectoria de propagación modificada, usando el modelo de propagación de resolución de alcance, que pasa a través del alcance estimado en la profundidad supuesta; identificar una segunda trayectoria de propagación modificada, usando el modelo de propagación de resolución de alcance, que pasa a través del alcance estimado en la profundidad supuesta; calcular una diferencia de tiempo de retardo entre la primera trayectoria de propagación modificada y la segunda trayectoria de propagación modificada; comparar la diferencia calculada de tiempo de retardo entre la primera trayectoria de propagación modificada y la segunda trayectoria de propagación modificada con un tiempo de retardo medido de la característica de correlación identificada; y mover el alcance estimado en la profundidad supuesta a un alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta de acuerdo con la comparación del tiempo de retardo, en el que el alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta se asocia con una primera trayectoria de propagación resuelta que tiene un primer ángulo de trayectoria resuelta y una segunda trayectoria de propagación resuelta que tiene un segundo ángulo de trayectoria resuelta.

13. El método de la Reivindicación 12, en el que la asignación de un factor de probabilidad comprende:

calcular un valor característico de una características calculada asociada con la primera y segunda trayectoria de propagación resuelta; medir un valor característico de una característica medida asociada con la señal sonora recibida; y comparar el valor característico calculado con el valor característico medido.

14. El método de la Reivindicación 13, en el que la característica medida comprende un seleccionado de una amplitud medida de la característica de correlación identificada, una fase medida de la característica de correlación identificada, o un tiempo de retardo medido de la característica de correlación identificada, y en el que la característica calculada comprende un seleccionado correspondiente de una amplitud calculada de una característica de correlación calculada, una fase calculada de la característica de correlación calculada, o un tiempo de retardo calculado de la característica de correlación calculada.

15. El método de la Reivindicación 1, en el que la asignación de un factor de probabilidad comprende:

calcular un valor característico de una características calculada asociada con la primera y segunda trayectoria de propagación resuelta; medir un valor característico de una característica medida asociada con la señal sonora recibida; y comparar el valor característico calculado con el valor característico medido.

16. El método de la Reivindicación 15, en el que la característica medida comprende un seleccionado de una amplitud medida de la característica de correlación identificada, una fase medida de la característica de correlación identificada, o un tiempo de retardo medido de la característica de correlación identificada, y en el que la característica calculada comprende un seleccionado correspondiente de una amplitud calculada de una característica de correlación calculada, una fase calculada de la característica de correlación calculada, o un tiempo de retardo calculado de la característica de correlación calculada.

17. El método de la Reivindicación 15, que además comprende:

18. Un sistema (403) para determinar un alcance y una profundidad de un objetivo submarino, que comprende:

comparar el primer ángulo de trayectoria resuelta con el primer ángulo de llegada medido; o comparar el segundo ángulo de trayectoria resuelta con el segundo ángulo de llegada medido.

combinar el factor de probabilidad y el alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un alcance localizado del objetivo y una profundidad localizada del objetivo.

al menos un transductor de sonido (432) adaptado para recibir una señal sonara del objetivo, en el que la señal sonora incluye una pluralidad de partes de señal sonora, propagándose cada una de las partes de señal sonora sobre una respectiva de una pluralidad de trayectorias de propagación, en el que dos trayectorias cualesquiera de propagación corresponden a un par de trayectorias de propagación, en el que al menos un sensor de sonido está adaptado para convertir la señal sonora en una o más señales electrónicas; un procesador de correlación adaptado para generar una señal de correlación asociada con al menos una de una o más señales electrónicas; un procesador de identificación de la característica de correlación (444) adaptado para identificar una característica de correlación en la señal de correlación; un procesador de medición del parámetro de la característica de correlación (458) adaptado para medir un parámetro de la característica de correlación identificada y para generar valores de la característica de correlación medida;

caracterizador por:

un procesador de identificación del par de trayectorias (462) adaptado para suponer una profundidad del objetivo y adaptado para seleccionar un par de trayectorias de propagación asociadas con la característica de correlación identificada y con la profundidad supuesta; un procesador de alcance estimado/profundidad supuesta (466) adaptado para estimar un alcance del objetivo en la profundidad supuesta usando el par de trayectorias de propagación seleccionadas; un procesador de resolución de alcance (470) adaptado para procesar el alcance estimado del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta y un primer par de trayectorias resueltas asociadas; y un procesador de estimación de probabilidad (474) adaptado para asignar un factor de probabilidad al alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta.

19. El sistema de la Reivindicación 18, en el que el procesador de conversión comprende un formador de haces (436, 448) adaptado para combinar una o más señales electrónicas para proporcionar uno o más haces acústicos.

20. El sistema de la Reivindicación 18, en el que el procesador de correlación comprende un procesador de correlación de cruce (452) .

21. El sistema de la Reivindicación 18, en el que el procesador de correlación comprende un procesador de autocorrelación (440) .

22. El sistema de la Reivindicación 18, en el que el parámetro medido de la característica de correlación identificada comprende un tiempo de retardo.

23. El sistema de la Reivindicación 18, que además incluye un procesador de localización (478) adaptado para combinar el factor de probabilidad y el alcance resuelto del objetivo en la profundidad supuesta para proporcionar un alcance localizado del objetivo y una profundidad localizada del objetivo.


 

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