第五章 干涉合成孔径雷达概念

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合成孔径雷达原理

合成孔径雷达原理

合成孔径雷达原理合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种通过合成长天线来实现高分辨率雷达成像的技术。

它利用雷达信号的相位信息和干涉技术,可以在地面上合成一条长天线,从而实现高分辨率的成像。

合成孔径雷达具有全天候、全天时、高分辨率和独立于天气的特点,因此在地质勘探、军事侦察、环境监测等领域有着广泛的应用。

合成孔径雷达的原理是利用飞行器、卫星等平台通过发射雷达信号并接收回波,然后利用信号处理技术进行合成孔径成像。

一般来说,合成孔径雷达通过多次发射雷达信号,并在不同位置接收回波,然后利用这些回波数据进行处理,最终得到高分辨率的雷达图像。

这种成像技术可以克服传统雷达受天线尺寸限制而无法获得高分辨率图像的问题,因此在远距离观测和高分辨率成像方面具有显著的优势。

合成孔径雷达的成像原理是通过利用多个回波数据进行信号处理,从而合成一条长天线,实现高分辨率的成像。

在这个过程中,需要对回波数据进行时域和频域处理,包括距离压缩、运动补偿、多普勒频率补偿等。

这些处理步骤可以有效地提高合成孔径雷达的成像质量,同时也增加了数据处理的复杂性。

合成孔径雷达的原理是基于雷达信号的相位信息和干涉技术,通过合成长天线实现高分辨率的成像。

在信号处理方面,合成孔径雷达需要进行大量的数据处理和计算,因此对计算能力有着较高的要求。

同时,合成孔径雷达还需要考虑平台运动对成像质量的影响,需要进行运动补偿和多普勒频率补偿等处理,以保证成像的准确性和稳定性。

总的来说,合成孔径雷达是一种利用合成长天线实现高分辨率雷达成像的技术,具有全天候、全天时、高分辨率和独立于天气的特点。

它的原理是利用雷达信号的相位信息和干涉技术,通过多次发射雷达信号,并在不同位置接收回波,然后利用信号处理技术进行合成孔径成像。

合成孔径雷达在地质勘探、军事侦察、环境监测等领域有着广泛的应用前景,是一种非常重要的遥感成像技术。

干涉合成孔径雷达信号处理方法研究

干涉合成孔径雷达信号处理方法研究

干涉合成孔径雷达信号处理方法研究干涉合成孔径雷达信号处理方法研究摘要干涉合成孔径雷达(InSAR)是一种利用卫星或飞机搭载的雷达系统获取地表形变信息的重要技术。

在进行干涉处理时,对信号的处理方法直接关系到数据处理的质量和地表形变信息的准确性。

本文通过对干涉合成孔径雷达信号处理方法的研究,探讨了常见的相位解缠、滤波和图像纠正方法,并对其优缺点进行了分析。

通过实验结果的验证,证明了所提出的处理方法的有效性和适用性。

研究结果对于准确获取地表形变信息具有重要意义。

1.引言干涉合成孔径雷达技术是一种非常重要的地球观测手段,广泛应用于测量地壳运动、地表形变等研究领域。

在进行干涉处理时,信号处理方法的选择直接关系到反演结果的精确度和可靠性。

本文主要研究了相位解缠、滤波和图像纠正等主要的信号处理方法,并通过实验验证了所提出方法的有效性。

2.相位解缠方法相位解缠是干涉处理的关键环节,它的目的是将相位信息进行可靠的恢复,以减少或消除相位跳变引起的干涉模糊。

常见的相位解缠方法包括空时相位解缠、频域相位解缠和时域相位解缠等。

2.1 空时相位解缠空时相位解缠方法是通过对一段时间内的干涉相位进行拟合,尽量减小相位的不连续性。

其中,常用的方法有线性拟合法、二次多项式拟合法等。

空时相位解缠方法简单直观,但对于复杂的地形和变形场景,效果有限。

2.2 频域相位解缠频域相位解缠方法是将干涉相位转换到频域进行处理,主要通过移相算法和滤波器设计来实现相位解缠。

该方法适用于较复杂的地形和变形场景,但计算复杂度较高。

2.3 时域相位解缠时域相位解缠方法是基于干涉序列之间的相位连续性进行解缠处理,通过构建相位解缠模型实现对干涉相位的准确恢复。

该方法适用于变形场景较简单的情况,但对于复杂地形效果较差。

3.滤波方法干涉合成孔径雷达信号经常受到多种噪声的干扰,滤波方法的选择能够有效降低噪声对数据处理的影响,提高干涉结果的可信度。

常见的滤波方法包括空域滤波、频域滤波和小波变换滤波等。

合成孔径雷达差分干涉测量

合成孔径雷达差分干涉测量
Radar,简称InSAR)是SAR的新发展,是最新发展起来的 一种空间对地观测技术。它是把合成孔径雷达产生的单视 复数图像中的相位提取出来,进行干涉处理而得到目标点 三维信息的一种新技术
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差分干涉测量的原理
基本原理 合成孔径雷达干涉测量原理在很
多文献中已有详细介绍。现在将以星 载重复轨道为例简要介绍差分合成孔 径雷达干涉基本原理。
缺点:已知DEM与InSAR干涉图像的配准存 在很大 困难。
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三种方法比较
三轨法
优点:无需知道外部DEM就可以得到地面位移引起 的相位差,特别是适用于缺少高精度DEM数据的 地区。与四轨法相比的优点是,由于几何参数相 同,故不需要考虑另外的匹配和重采样。
缺点:地形对需要相位解缠,其解缠精度的优劣直 接影响到后续的处理。13源自差分干涉测量在地震监测的应用
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差分干涉测量地震监测的应用
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差分干涉测量地震监测的应用
地震可以引起电离层异常
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差分干涉测量在地表沉降监测的应用
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差分干涉测量的原理
如图所示,S.、S2和 S3分别为卫星三次对同一地 区成像的位置(即成像时雷达 天线的位置)。则经相位干涉 处理,由S。和S2可生成一 幅干涉图,s,和S 可生成 另一幅干涉图,利用这两幅 干涉图进行差分处理,即所 谓的差分雷达干涉测量。
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差分干涉测量的原理
两轨法 其基本思想是利用已知的外部DEM
来消除地形相位。 在两轨法中,外部DEM的精度、空
间分辨率、插值方法及干涉基线对形 变量的精度都有显著的影响。

干涉合成孔径雷达工作原理

干涉合成孔径雷达工作原理

干涉合成孔径雷达工作原理
干涉合成孔径雷达(InSAR)是一种空间对地观测技术,结合了传统的SAR 遥感技术与射电天文干涉技术。

其工作原理如下:
1. 雷达向目标区域发射微波。

2. 接收目标反射的回波,得到同一目标区域的两幅具有相干性的单视复数图像。

3. 若这两幅图像之间存在相干条件,将它们共轭相乘,可以得到干涉图。

4. 根据干涉图的相位值,可以计算出两次成像中微波的路程差,从而得出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化。

此外,根据安装在平台上天线数目的多少和数据获取方式的不同,InSAR系统可分为双(多)天线系统和单天线系统。

其中,双(多)天线系统是在SAR平台上安置两(多)部天线,同时接收地面的后向散射回波,从而得到相应地区的两(多)幅SLC图像。

而单天线系统则是在SAR平台上安置一部天线,通过对同一地区的重复飞行进行观测,得到测区两幅具有相干性的SLC图像。

以上内容仅供参考,建议查阅专业雷达书籍或请教专业人士获取更准确的信息。

干涉合成孔径雷达工作原理

干涉合成孔径雷达工作原理

干涉合成孔径雷达工作原理
干涉合成孔径雷达(InSAR)是一种利用雷达技术进行地表测量和监测的方法。

它通过利用两个或多个雷达图像之间的相位差异来测量地表的形变、高度变化和地表沉降等信息。

工作原理如下:
1. 发射与接收,InSAR系统首先发射一束雷达波束,该波束经过大气层并与地表交互后反射回来。

接收器接收到反射回来的雷达信号。

2. 多普勒频移,地表上的目标物体运动会导致雷达波的频率发生变化,这被称为多普勒频移。

InSAR系统通过测量多普勒频移来获取地表目标的速度信息。

3. 干涉,InSAR系统同时接收两个或多个雷达图像,并将它们进行干涉处理。

干涉处理是通过比较不同图像之间的相位差异来获取地表形变和高度变化等信息。

相位差异可以反映目标物体与雷达之间的距离变化。

4. 相位解缠,由于干涉处理中相位差异的存在,相位信息可能
会被包含在一个周期内。

为了解决这个问题,需要进行相位解缠,
将相位信息展开到连续的区间内。

5. 地表测量,通过分析干涉处理和相位解缠后的数据,可以获
得地表的形变、高度变化等信息。

这些信息对于地质灾害监测、地
壳运动研究等具有重要意义。

需要注意的是,干涉合成孔径雷达的工作原理涉及到复杂的信
号处理和数据处理算法,包括相位差分、相位解缠、滤波等。

此外,地表上的大气湿度、地形变化等因素也会对InSAR的结果产生一定
的影响,需要进行相应的校正和修正。

总结起来,干涉合成孔径雷达通过利用多个雷达图像之间的相
位差异来测量地表的形变、高度变化等信息,它是一种非常有用的
地表测量和监测技术。

用干涉合成孔径雷达技术获取地表三维信息

用干涉合成孔径雷达技术获取地表三维信息

用干涉合成孔径雷达技术获取地表三维信息的报告,800字
干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)是一种可以实现三维空间信息采集的高精度遥感技术,它利用双光束相互干涉的原理,可以实现地表三维形变的测量。

近年来,干涉合成孔径雷达技术的应用更加广泛,其在获取地表三维信息领域也得到了广泛的应用。

此外,InSAR技术可以减少地表三维形变的测量时间,并且对于地表密集三维风格的形变检测也能够给出大量的精确定位信息。

光波观测所提供的定位信息可以准确地指出形变的位置,而InSAR技术可以进一步提供大量的三维空间信息。

InSAR技术具有很多优点,其中最重要的是可以识别非平面物体的空间结构信息。

InSAR能够准确检测出相对较小的系统性的地表变形,如地震、地下水位变化以及建设工程带来的地表变形等。

InSAR技术也可以应用于检测特定区域内外部主体结构的变化,通过InSAR技术可以监测山体坡度、建筑物沉降、桥梁拱起
等变形,从而定位和检测变形状况,构建准确的模型,对城市空间变化的监测、预测和评估有重要的参考意义。

总而言之,干涉合成孔径雷达技术在获取地表三维信息方面具有广泛的应用前景。

其准确的定位和采集的大量的精确的三维信息,使得它可以用于地质灾害和变形的监测、城市规划和建设以及建筑物变形等方面,有效提高了监测效果。

干涉合成孔径雷达工作原理

干涉合成孔径雷达工作原理干涉合成孔径雷达 (InSAR) 是一种利用雷达技术进行地表观测的方法,它可以提供高分辨率和高精度的地表形变监测数据。

干涉合成孔径雷达是通过组合多幅雷达成像数据来实现对地表物体的三维形变监测的一种技术方法。

本文将从干涉合成孔径雷达的基本工作原理、数据处理途径和应用领域等方面进行详细阐述。

一、干涉合成孔径雷达的基本原理1. 雷达成像原理雷达成像是通过雷达系统向地面发射微波信号,然后接收并记录被地表和地下物体反射回来的电磁波信号,利用这些信号来获取地表的形貌、结构和运动等信息。

雷达成像的分辨率取决于发射的微波波长和天线的尺寸,而干涉合成孔径雷达利用了多个雷达成像数据进行合成,从而能够实现更高分辨率的地表监测。

2. 干涉合成孔径雷达原理干涉合成孔径雷达是通过将两次雷达成像的相位信息进行比较,从而获得地表的形变信息。

当两次成像的微波信号经过地面某一点时,如果该点发生了形变,其返回的信号相位也会发生变化。

通过对这种相位变化进行分析,可以获得地表的形变信息。

这里是关于相位信息的描述。

二、干涉合成孔径雷达数据处理方法1. 干涉图生成需要获取两幅雷达成像数据,并进行预处理,包括辐射校正、大气校正等。

然后,将这两幅成像数据进行配准,形成一幅干涉图。

干涉图中的每个像素点都对应着地表上某一点的相位信息,通过分析这些相位信息可以得到地表的形变信息。

2. 形变监测在获得干涉图之后,可以通过不同的方法来提取地表的形变信息。

一种常用的方法是通过相位解缠,将干涉图中的相位信息转换成地表高程信息,从而实现地表形变的监测。

通过这种方法,可以实现对地表形变的高精度监测。

三、干涉合成孔径雷达的应用领域1. 地质灾害监测利用干涉合成孔径雷达技术可以实现对地表形变的实时监测,对地质灾害如山体滑坡、地裂缝等进行监测和预警,为减灾和救灾工作提供重要参考。

2. 地壳形变研究干涉合成孔径雷达可以用来监测地壳形变,包括地震引起的地表形变、地壳运动等,为地震研究、地震危险性评估提供重要数据支持。

干涉合成孔径雷达测量若干关键技术研究

干涉合成孔径雷达测量若干关键技术研究干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)是一种能在全天候条件下获得大测绘带地面高程信息和监测地表形变信息的遥感技术。

传统的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是根据脉冲压缩和合成孔径技术分别实现距离向和方位向的高分辨,获得观测地面的二维信息。

InSAR是在SAR的基础上,通过在不同轨道或不同时间对同一地区进行多次观测来获取多幅SAR图像,完成图像间的配准及干涉相位展开后,获得SAR图像对之间的绝对相位差所反映的距离差,最后根据干涉成像几何关系及天线高度、雷达波长、波束视角、基线等参数,来重建数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)或地表形变图。

图像配准、相位滤波和相位展开是干涉SAR信号处理流程中的关键步骤,本论文重点研究了亚像素精度图像配准和相位滤波等干涉SAR信号处理中的关键技术。

针对图像高精度配准存在的配准精度和计算复杂度相矛盾的问题,提出了解析搜索亚像素偏移量的配准方法。

对于相位滤波问题,提出了两种自适应滤波方法,既有效地抑制了相位噪声,又较好地保持了干涉相位图的细节信息。

本文的具体工作概括如下:1、介绍了干涉SAR配准中常用的匹配测度。

在实现X-SAR星载重轨双飞数据的配准过程中,首先利用互相关算法实现主副图像的粗配准,然后利用基于干涉频谱经验信噪比的点投影方法,并交换主副图像重复验证控制点对配准精度,最终完成主副图像的精配准。

结果表明精配准可在一定程度上提高图像对的相干性。

2、提出了两种基于不同匹配测度的亚像素偏移量解析搜索方法。

首先分析了现有的基于插值技术的亚像素级精度配准方法,指出这些方法实质上是离散搜索方法。

这些方法的配准精度受限于插值单元尺度的大小,无法完全消除引入的配准误差,而且在配准测度计算之前进行插值操作会导致很大的计算量,特别是配准精度要求较高的时候。

合成孔径雷达名词解释

合成孔径雷达名词解释
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种利用雷达技术进行高分辨率成像的技术。

它通过利用雷达波束的相干性,将多次雷达波束的回波信号进行叠加处理,从而获得高分辨率的雷达图像。

以下是合成孔径雷达中一些常用的名词解释:
1. 合成孔径:指利用多次雷达波束的回波信号叠加处理,模拟出一个大孔径的雷达系统,从而获得高分辨率的雷达图像。

2. 脉冲压缩:指将雷达发射的长脉冲信号压缩成短脉冲信号,从而提高雷达的分辨率。

3. 多普勒效应:指当雷达与目标相对运动时,目标的回波信号会发生频率偏移,利用这种频率偏移可以获得目标的速度信息。

4. SAR图像:指利用合成孔径雷达技术获得的高分辨率雷达图像,可以用于地形测量、目标识别和环境监测等领域。

5. SAR干涉:指利用两个或多个合成孔径雷达获得的雷达图像进行干涉处理,可以获得地表形变、地震等信息。

6. SAR极化:指利用不同极化方式的雷达波束进行成像,可以获得目标的极化信息,用于目标识别和环境监测等领域。

7. SAR地形校正:指利用数字高程模型对SAR图像进行校正,消除地形对SAR 图像的影响,从而获得更准确的地表信息。

8. SAR遥感:指利用合成孔径雷达技术进行遥感观测,可以获得地表形态、植被覆盖、水文地质等信息,用于资源调查和环境监测等领域。

合成孔径雷达概述(SAR)

合成孔径雷达概述1合成孔径雷达简介 (2)1.1 合成孔径雷达的概念 (2)1.2 合成孔径雷达的分类 (3)1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4)2合成孔径雷达的发展历史 (5)2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5)2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6)2.1.2 世界各国的SAR系统 (9)2.2 我国的发展概况 (11)2.2.1 我国SAR研究历程表 (11)2.2.2 国内各单位的研究现状 (12)2.2.2.1 电子科技大学 (12)2.2.2.2 中科院电子所 (12)2.2.2.3 国防科技大学 (13)2.2.2.4 西安电子科技大学 (13)3 合成孔径雷达的应用 (13)4 合成孔径雷达的发展趋势 (14)4.1 多参数SAR系统 (15)4.2 聚束SAR (15)4.3极化干涉SAR(POLINSAR) (16)4.4合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar) (16)4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17)4.6 性能技术指标不断提高 (17)4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18)4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18)4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18)4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19)4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19)5 与SAR相关技术的研究动态 (20)5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20)5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20)5.3 SAR图像目标检测与识别 (22)5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25)5.5 SAR图像变化检测方法 (27)5.6 干涉合成孔径雷达 (31)5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33)5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35)5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37)5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38)5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)合成孔径雷达概述1合成孔径雷达简介合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波成像雷达。

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~The End~
Thank you!
Schematic Map of InSAR for Geophysical Application
Master SAR Image(主)
Phase Differences (相位差)
Slave SAR Image(从)
Topography /deformation, etc. (地形、变形等)
InSAR Configuration(配置)
Double-slit experiment (Thomas Young, 1801)
Schematic Geometry of InSAR (InSAR成像几何)
SAR2 SAR1 SAR1 SAR2 SAR3
Surface at epoch 1 Two SAR image(二轨)
Surface at epoch 2
With very high accuracy 4
SAR1
B
SAR2

2 2 1 1
DEM : Z p f1 ( , B, ) or Deformation : r f 2 ( , B, )
InSAR geometry ( 1 2 )

InSAR - A Phase Analysis Technique (III) (相位分析技术)

InSAR

First-order differentiation of phase (一阶差分) DEM or topography reconstruction (地形重建)

DInSAR

Second-order differentiation of phase (二阶差分) Reveal a wealth of geophysical phenomena, e.g. ground subsidence (地表形变等地球物理现象)
First-order differentiation: Phase and topography (一阶差分)
Three SAR images (三轨)
Using Interferometry for Measurements(采用干涉进行测量)
SAR2 SAR1
R1 R2 Interference fringes
SAR Interferogram(干涉图)

SAR interferogram(干涉图,共轭相乘)
Understanding Interferometry (理解干涉)

The classical double-slit experiment captures the essences of modern SAR interferometry (来自经典双缝干涉实验)
R1 R2 Interference fringes

Amplitude(灰度)
A( r, t ) abs[ M ( r, t ) S ( r, t ) ]
Example of SAR Interferogram
InSAR - A Phase Analysis Technique (I) (相位分析技术)
Path difference results in phase shift (路径差导致相移)
Second-order differentiation: phase and deformation
(二阶差分)
Landers earthquake
InSAR - A Phase Analysis Technique (IV) (相位分析)
4 1 1 1 2 4 2 2
From Hanssen
First-order differentiation: Phase and topography (一阶差分)
From Hanssen
Second-order differentiation: phase and deformation (二阶差分)
From Hanssen

Along track(沿轨道) Across track(交叉轨道) Repeat pass(重复轨道)


Along Track(沿轨道)

Two SAR antennae mounted on the same platform(两根天
线安装在同一平台)

Interferometric baseline formed parallel to flight direction.
(干涉基线平行与飞行方向)

Mainly in Airborne systems (主要在机载平台使用) Mainly for the mapping of ocean currents, tidal motions and the detection of moving objects (主要用于海浪和运动目标
INTF ( r, t ) M ( r, t ) S ( r, t )

Interferometric phase(干涉相位)
( r, t ) 1 ( r, t ) 2 ( r, t )
tan 1[ M ( r, t ) S ( r, t ) ] [ , )
检测)
From Gens et al., 1996
Across Track (交叉轨道)

Two SAR antennae mounted on the same platform (两根天线安装在同一平台) Interferometric baseline formed perpendicular to flight direction. (干涉基线垂直与飞行方向) Airborne systems and spaceborne systems as well Mainly for topographic mapping (主要用于地形 测绘) Example: shuttle radar topography mission (SRTMt al., 1996
Repeat Pass (重复轨道)

A single antenna mounted on the platform (一根天线) A revisit of the same scene is needed to perform interferometry (需要重复观测) Mainly in spaceborne SAR systems Mainly for ground deformation mapping, earthquake and volcano study, etc. (主要用于监测变形) The cheapest and most popular configuration Example: Seasat, ERS-1/2, JERS-1, Radarsat, Envisat

InSAR is a class of techniques that follow from analysis of interferometric phases (i.e., phase differences of SAR images)

Range differences can be inferred from phase differences(距离差可 以从相位差计算出来) With range differences and imaging geometry condition, one can do 3D reconstruction or surface deformation measurements (通过距离差和 成像几何条件,可以重建三维或监测地表形变)
InSAR Advantages(InSAR优越性)

Work day and night, and under all-weather conditions High spatial resolution (decameters), and large spatial coverage (10000 km2) High sensitivity to deformation (mm-cm) No ground control station Low cost, high automation in data processing
Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR)(干涉合成孔径雷 达概念)
InSAR
--- Synthetic aperture radar interferometry (InSAR): Conventional SAR + interferometry technique(常规SAR 技术和射电天文干涉技术的结合) --- Two or more SAR images (acquired at different positions and/or times) are generally needed(需要2景或多景SAR数 据) --- Mainly phase data in SAR images are employed to extract value-added information(主要使用其中的相位信息)
780 km
c 5.6 m

Phase is a function of distance from satellite to ground (range)(相位是卫 星到目标距离的函数) From Funning et al., 2005
InSAR - A Phase Analysis Technique (II) (相位分析技术)


InSAR Development(InSAR发展)
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