雷达波形设计
互信息与雷达波形设计
互信息与雷达波形设计
互信息是信息论中的一个重要概念，用于衡量两个随机变量之间的相互依赖性。
在雷达波形设计中，互信息可以用来评估雷达发射信号和目标回波之间的相关性，从而优化雷达波形的设计。
具体来说，通过计算发射信号和目标回波之间的互信息，可以确定在接收到的回波中包含多少关于目标的信息。
如果互信息值较高，则说明发射信号和目标回波之间存在较强的相关性，因此可以更容易地检测和识别目标。
反之，如果互信息值较低，则说明发射信号和目标回波之间的相关性较弱，可能需要更复杂的信号处理算法来提取目标信息。
在雷达波形设计中，可以利用互信息来选择最优的雷达波形，以提高雷达的检测性能和目标识别能力。
例如，可以通过优化发射信号的频率、带宽、脉宽等参数，来最大化发射信号和目标回波之间的互信息。
此外，还可以利用互信息来评估不同雷达波形的性能，并选择最适合特定应用场景的波形。
互信息是雷达波形设计中的一个重要工具，可以帮助设计师优化雷达波形的设计，提高雷达的性能和可靠性。
实验1.雷达信号波形分析实验报告
实验1.雷达信号波形分析实验报告实验一雷达信号波形分析实验报告一、实验目的要求1. 了解雷达常用信号的形式。
2. 学会用仿真软件分析信号的特性。
3．了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。
二、实验参数设置信号参数范围如下：（1）简单脉冲调制信号：载频：85MHz脉冲重复周期：250us脉冲宽度：8us幅度：1V（2）线性调频信号载频:85MHz脉冲重复周期：250us脉冲宽度：20us信号带宽：15MHz幅度：1V三、实验仿真波形1.简单的脉冲调制信号程序：Fs=10e6;t=0:1/Fs:300e-6;fr=4e3;f0=8.5e7;x1=square(2*pi*fr*t,3.2)./2+0.5;x2=exp(i*2*pi*f0*t);x3=x1.*x2;subplot(3,1,1);plot(t,x1,'-');axis([0,310e-6,-1.5,1.5]);xlabel('时间/s')ylabel('幅度/v')title('脉冲信号重复周期T=250US 脉冲宽度为8us') grid;subplot(3,1,2);plot(t,x2,'-');axis([0,310e-6,-1.5,1.5]);xlabel('时间/s')ylabel('幅度/v')title('连续正弦波信号载波频率f0=85MHz') grid;subplot(3,1,3);plot(t,x3,'-');axis([0,310e-6,-1.5,1.5]);xlabel('时间/s')ylabel('·幅度/v')title('脉冲调制信号')grid;仿真波形：脉冲信号重复周期T=250us 脉冲宽度为8us 幅度/v10-101时间/s连续正弦波信号载波频率f0=85MHz23x 10-4 幅度/v10-101时间/s脉冲调制信号123x 10-4幅度/v0-101时间/s23x 10-42.线性调频信号程序：Fs=10e6;t=0:1/Fs:300e-6;fr=4e3;f0=8.5e7;x1=square(2*pi*fr*t,8)./2+0.5;x2=exp(i*2*pi*f0*t); x3=x1.*x2;subplot(2,2,1);plot(t,x1,'-');axis([0,310e-6,-1.5,1.5]);xlabel('时间/s')ylabel('幅度/v')title('脉冲信号重复周期T=250US 脉冲宽度为8us ') grid;subplot(223);plot(t,x2,'-');axis([0,310e-6,-1.5,1.5]);xlabel('时间/s')ylabel('幅度/v')title('连续正弦波信号载波频率f0=85MHz ')grid;eps = 0.000001;B = 15.0e6;T = 10.e-6; f0=8.5e7;mu = B / T;delt = linspace(-T/2., T/2., 10001);LFM=exp(i*2*pi*(f0*delt+mu .* delt.^2 / 2.)); LFMFFT = fftshift(fft(LFM));freqlimit = 0.5 / 1.e-9;freq = linspace(-freqlimit/1.e6,freqlimit/1.e6,10001); figure(1) subplot(2,2,2)plot(delt*1e6,LFM,'k');axis([-1 1 -1.5 1.5])grid;xlabel('时间/us')ylabel('幅度/v')title('线性调频信号T = 10 mS, B = 15 MHz')subplot(2,2,4)y=20*log10(abs(LFMFFT));y=y-max(y);plot(freq, y,'k');axis([-500 500 -80 10]);grid; %axis tight xlabel('频率/ MHz') ylabel('频谱/dB')title('线性调频信号T = 10 mS, B = 15 MHz')仿真波形：??/v 0123-4??/v 时间/s??/v 012x 10-10 0.5 时间/us-0.5 1??/dB 3 x 10-4时间/s-5000 频率/ MHz500四、实验成果分析本实验首先利用MTALAB软件得到一个脉冲调制信号，然后再对其线性调频分析，得到上面的波形图。
通信雷达一体化波形设计及信号处理
研究不足与展望
由于时间限制，本研究仅对通信雷达一体化波形设计及信号处理进行了初步探索， 尚未对其他性能指标进行深入研究。
在实际应用中，还需要考虑其他因素的影响，如环境噪声、多径效应等，需要进一 步研究和改进。
未来可以进一步优化该方法，提高其性能指标，并探索其在其他领域的应用前景。
应用前景与展望
傅里叶变换
将时域信号转换为频 域信号，用于频谱分 析和滤波。
拉普拉斯变换
将时域信号转换为复 数域信号，用于系统 分析和稳定性判断。
Z变换
将离散信号转换为复 数域信号，用于系统 分析和稳定性判断。
小波变换
将信号分解成不同尺 度的成分，用于图像 处理、信号压缩和去 噪等。
神经网络算法
模拟人脑神经元网络 结构，用于模式识别 、分类和预测等任务 。
信号预处理
对采集到的信号进行滤波、放 大等操作，以提高信噪比和信 号质量。
模式识别与分类
利用提取的特征信息对信号进 行分类和识别。
信号采集
通过传感器将待处理的物理信 号转换为电信号。
特征提取
从预处理后的信号中提取出与 目标相关的特征信息。
决策与控制
根据分类和识别的结果进行决 策和控制。
常见信号处理算法
硬件校准
对实验平台的各个硬件设备进行校 准，确保实验数据的准确性。
波形设计与生成
波形设计
根据通信和雷达的需求，设计合适的波形，如线性调频（LFM） 波形、相位编码波形等。
波形生成
利用数字信号处理技术，生成所需的波形。
波形调制
将信息加载到波形上，实现信息的传输。
信号处理与分析
信号接收
通过天线接收来自目标的信号，并进行初步的信号处 理。
雷达波形设计及抗主瓣有源干扰若干技术研究
雷达波形设计及抗主瓣有源干扰若干技术研究雷达波形设计及抗主瓣有源干扰若干技术研究引言:雷达作为一种重要的探测和测量工具，被广泛应用于军事、航空、航天、气象等领域。
然而，面对现代电子战技术的不断发展，雷达面临着日益严峻的抗干扰挑战。
有源干扰是指干扰源通过发送干扰波形来对雷达进行干扰。
为了应对这一挑战，雷达波形设计及抗主瓣有源干扰的技术研究日益引起人们的关注。
本文将对这一领域进行探讨和总结。
一、雷达波形设计的基本原则雷达波形设计是指在特定任务要求下，通过设计合适的波形使得雷达能够更好地完成探测和测量任务。
波形设计的基本原则主要包括以下几个方面：1.1 利用波形的相干积累提高信噪比在信号处理中，由于噪声的存在，接收信号的信噪比往往较低。
通过合适的波形设计，可以利用相干积累技术，提高信号的有效功率使得信噪比得到提高，从而改善雷达的性能。
1.2 优化波形带宽与中心频率波形的带宽和中心频率直接影响到雷达的探测能力和测量精度。
对于不同任务需求，需要根据目标距离、速度等参数进行合理的选择，以保证雷达系统的最佳性能。
1.3 减小副瓣副瓣是指雷达波形在主瓣以外出现的其他能量。
副瓣会对目标探测和测量产生干扰，因此需要通过设计合适的波形，使得副瓣能量尽可能降低，以提高雷达系统的性能。
二、抗主瓣有源干扰的技术研究为了应对有源干扰对雷达系统的干扰，研究人员提出了一系列的技术方法，以增强雷达的抗干扰能力。
以下是几种常见的方法：2.1 频谱疏密转换技术频谱疏密转换技术是指通过改变波形的频谱密度来增强抗干扰能力。
通过调整波形的频谱规律，可以有效削弱有源干扰信号在雷达接收机中的能量，从而提高目标的探测和测量性能。
2.2 码型设计码型设计是指通过设计特定的波形码型，使得有源干扰信号难以与自身的信号混叠，从而实现抗干扰的目的。
常见的码型设计方法包括伪码法、线性调频法等。
2.3 时频联合处理时频联合处理是指通过综合时域和频域的信息，实现对干扰信号的抑制和目标信号的增强。
MIMO雷达波形设计
MIMO雷达波形设计MIMO雷达波形设计雷达技术在军事、航空、气象、地质勘探等领域中起着至关重要的作用。
为了提高雷达系统的性能，科学家们一直致力于不断改进雷达波形设计。
多输入多输出（MIMO）雷达波形设计是一种新兴的方法，可以显著提高雷达系统的性能。
本文将介绍MIMO雷达波形设计的原理、优势以及在不同应用领域的应用。
MIMO雷达波形设计基于多个天线之间相互干涉的原理。
MIMO雷达系统中，发送和接收天线的数量均大于1个。
通过同时使用多个发送和接收天线，MIMO雷达可以利用信道的空间多样性来实现空间波束形成和目标成像。
相较于传统的单输入多输出（SIMO）或单输入单输出（SISO）雷达系统，MIMO 雷达具有更好的性能。
首先，MIMO雷达可以通过编码和调制技术实现频谱效率的提高。
通过将多个发送天线上的波形进行合理编码和调制，MIMO雷达可以在相同带宽条件下传输更多的信息。
这使得雷达系统可以同时实现高精度目标参数估计和高速数据传输。
其次，MIMO雷达波形设计可以提高雷达系统的抗干扰能力。
通过采用适当的波形设计方法，MIMO雷达可以在复杂的信号环境下抑制多径干扰和杂波干扰。
此外，MIMO雷达还可以利用多天线的空间分离性来抑制多用户干扰，提高系统的鲁棒性和安全性。
另外，MIMO雷达波形设计还可以提高雷达系统的分辨率和成像能力。
通过合理选择发送和接收天线的配置，MIMO雷达可以实现高分辨率的目标成像。
同时，MIMO雷达还可以通过波束形成技术实现主动干涉成像，进一步提高目标检测和识别的准确性。
在不同应用领域中，MIMO雷达波形设计具有广泛的应用前景。
在军事领域，MIMO雷达可以通过波束形成和空时自适应处理技术实现目标的高精度定位和跟踪。
在航空领域，MIMO 雷达可以有效应对多径干扰，提高空中目标的检测和跟踪能力。
在气象领域，MIMO雷达可以通过多个天线之间的相互干涉来实现对大气中各种气象参数的高精度估计。
在地质勘探领域，MIMO雷达可以通过波束形成和目标反射分析技术, 探测地下目标的位置和性质。
通信雷达一体化波形设计及信号处理
通信雷达一体化波形设计及信号处理摘要：近年来我国社会会发展迅速，科技不断进步。
随着现代信息技术的快速发展，人工智能、大数据等技术与传统的电子信息领域深度融合，催生出沉浸式体验、全息传送、拓展现实、数字孪生等一系列新兴业务，这些新兴业务的实现往往依赖于多种传统的信息技术手段。
业务量的增加本质上是对带宽资源需求的扩张，而在频谱拥塞问题日益严重的今天，更好地推进信息技术需要发展一体化技术。
得益于先进的数字信号处理技术，雷达感知和无线通信系统可以采用相似的架构实现，这使感知通信一体化成为可能。
该技术通过共享收发系统，实现更有效、更紧凑的硬件设计，能够显著提升资源利用效率，因此受到了许多研究机构的关注。
关键词：通信雷达；一体化；波形设计；信号处理引言作为使用无线频谱的两种典型方式，通信和雷达在各自领域内取得了深入发展。
近年来，为提高平台智能化水平，在同一平台中同时配置通信和雷达两种功能的需求日益强烈。
传统意义上，配置通信和雷达功能，需要两套独立硬件，但这极大地增加了硬件成本，也给系统集成带来了较大困难。
近年来，通信雷达一体化设计理念被提出，其基本思想是：前端共用射频通道及天线，后端采用统一数字处理硬件。
由于该方法能够将通信和雷达功能在同一硬件平台中实现，因此能够极大地降低硬件成本、减小系统集成复杂度，从而近年来得到了广泛关注。
1雷达通信一体化基本概念及其优势雷达通信一体化是指在同一软件或者硬件平台上实现雷达探测和无线通信两种功能。
2021年，WeijieYuan等人提出，在车联网场景中，路边小基站通过接收到的回波信号估计车辆的位置和速度等各种运动相关参数，借助这些信息，在基站发射端预测雷达信道参数，在下一次发送一体化信号之前做预处理来补偿雷达信道的路径损耗和多普勒频移，车辆接收到基站发射的信号后可以绕过复杂的信道估计进行下行传输。
2015年，DCiuonzo等人为了实现在雷达感知过程中的隐蔽通信，采用了一种经济有效的方法，将通信信号嵌入雷达回波，以掩盖通信数据传输。
某雷达多模式复杂波形信号产生器设计
求 的各 种 工 作 模 式 、信 号 波 形 。该 方 法具 有 控 制
灵 活 ，便 于 扩 展 ，软 、硬 件 上 充 分 体 现模 块 化设
计 思想 。
支 持交 错 式 ｌ 位 数字 Ｉ ８ 和Ｑ矢量 ，以便 完 成上 变 频 。
模 块 完 成 与 控 制 中 心 的 通 信 ，配 置 模 块 实 现 对
Ａ ９ ５ 的 动 态 配置 逻 辑 ，数据 模 块 提 供 输 出信 号 Ｄ ９７
调 制 数 据 。结 合 具 体 实 际应 用 ，Ａ ９ ５ 输 出信 号 Ｄ ９７ 经 滤波 、混频 以及 相关 后处 理 ，输 出 目标 信 号 。设 计 中有 三个 关键 问题 ：一是 Ａ ９ ５ 的动态 配置 逻辑 Ｄ ９７ 设 计 ；二 是 波形 （Ｑ Ｉ ）设 计 ；三 是后 级 电路 处 理 ， ／
一｜
仅 个 ， 父
２ 实 现 方 案 设 计
模 式
表 １ 某 雷 达 信 号 工 作 要 求
信 号 要 求 多 种 带 宽Ｎ Ｌ Ｆ Ｍ：Ｃ Ｗ Ｃ ｆ Ｗ 多普 勒 频 移 、幅 度 控 制 ） 多种 带 宽 Ｎ Ｌ 多 普 勒 频移 、 幅度 控 制 ） ＦＭ ｆ
摘 要 ：现 代 雷达 中，往 往要 求 雷达发 射 激 励 信 号具 有 多种 形 式 ，并 且在 信 号 频 率 、 幅度 、
时 宽 、带 宽等 参 数 上 有 不 同要 求 。 文 中根 据Ａ ９ ５ 的特 点 ，在 某 雷 达 中采 用 正 交 上 变频 Ｄ ９７
（Ｄ Ｃ Ｑ Ｕ ）的 方法 实现 点频 连 续波 （ｗ） ｃ 、非 线性 调频 （Ｆ Ｍ）以及 用 于雷达 模拟 模 式的 多普 勒 ＮＬ
非确知先验信息条件下MIMO雷达波形设计
收稿日期：2019-10-21修回日期：2019-12-07基金项目：国家自然科学基金项目（61301258，61401526）；国家博士后面上项目一等（2016M590218）；国家自然科学基金应急管理基金资助项目（11847113）作者简介：姚遥（1984-），男，河南周口人，硕士，讲师。
研究方向：MIMO 雷达信号处理。
*摘要：考虑了目标先验知识未确知条件下，提升基于多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM ）雷达的空时自适应处理（STAP ）最差条件下检测概率的稳健波形设计问题。
在发射波形恒模特性及目标参数不确定凸集约束下，基于最大化输出信干噪比（SINR ）准则，构建了提高最差条件下MIMO-OFDM-STAP 检测性能的极大极小波形优化问题。
为求解所得NP-hard 问题，先将发射波形恒模特性松弛为低峰均比约束，而后利用对角加载（DL ）将其重构为可有效求解的半定规划（SDP ）问题。
与传统非相关信号和主流非稳健算法相比，数值仿真验证了该算法可显著提升MIMO 雷达目标检测的稳健性。
关键词：多输入多输出雷达，正交频分复用，空时自适应处理，稳健波形优化，半定规划中图分类号：TN951文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2020.12.011引用格式：姚遥，周吉生，李琼，等.非确知先验信息条件下MIMO 雷达波形设计［J ］.火力与指挥控制，2020，45（12）：57-63.非确知先验信息条件下MIMO 雷达波形设计*姚遥1，周吉生2，李琼3，王洪雁4（1.周口师范学院物理与电信工程学院，河南周口466000；2.周口科技职业学院汽车工程系，河南周口466000；3.周口市农业科学院，河南周口466000；4.大连大学信息工程学院，辽宁大连116622）MIMO Radar Waveform Design withImperfect Prior InformationYAO Yao 1，ZHOU Ji-sheng 2，LI Qiong 3，WANG Hong-yan 4（1.School of Physics and Telecommunication Engineering ，Zhoukou Normal University ，Zhoukou 466000，China ；2.Department of Automotive Engineering ，Zhoukou Vocational College of Science and Technology ，Zhoukou 466000，China ；3.Zhoukou Academy of Agricultural Science ，Zhoukou 466000，China ；4.School of Information Engineering ，Dalian University ，Dalian 116622，China ）Abstract ：The robust waveform design issue is considered here to improve the worst -casedetection performance of multi-input multi-output orthogonal frequency division multiplexing （MIMO-OFDM ）radar based STAP in the case of imperfect target prior knowledge.With the transmitting waveform constant characteristic and the convex set of target parameter uncertainty ，under the criterionof maximizing the output signal -to -interference -and -noise -ratio （SINR ），the max -min waveform optimization problem can be constructed to better the worst -case detection performance of MIMO -OFDM-STAP.In order to solve the resultant NP-hard problem ，the constant envelope characteristic ofthe transmitting waveform can be firstly relaxed as the low peak-average-ratio （PAR ）constraint ，in what follows ，this issue can be reformulated as a semidefinite programming （SDP ）one by exploiting diagonal loading （DL ）to acquire an effective solution.In comparison with the traditional uncorrelated signals and state-of-the-art non-robust algorithm ，numerical results verify that the robustness of the target detection of MIMO radar can be improved considerably via the proposed algorithm.文章编号：1002-0640（2020）12-0057-07Vol.45，No.12Dec ，2020火力与指挥控制Fire Control &Command Control 第45卷第12期2020年12月57··（总第45-）火力与指挥控制2020年第12期0引言相较于传统相控阵仅可发射相干信号，多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）雷达可同时发射互不相关波形，并在接收端对所有回波联合处理以获得目标检测及参数估计结果［1-2］，MIMO雷达可提升干扰相消能力，增强参数辨识性和发射方向图设计的灵活性［3］。
MIMO雷达正交波形集设计——线性调频.相位编码混合波形
Ｋｅ ｒ ｓ ｏｔｏ ｏ ａ ｗａｅｏｍ； ＭＯ ｒｄ ｒＬｎ ａ ｒｑ ｅｃ ｄ ｌｔ ｎ Ｌ Ｍ）ｐ ａｅ ｏ ｅ ｇ ｎｔ ｌｏ ｔｍ ｙｗｏｄ ： ｒ ｇ ｎ ｌ ｖ ｆｒ ＭＩ ａ； ｉｅｒ ｅｕ ｎ ｙＭｏ ｕａ ｏ （ Ｆ ： ｈ ｓ ｄ ； ｅ ｅ ｃ ｇ ｒ ｈ ｈ ａ Ｆ ｉ ｃ ｉａ ｉ
术 之 一 。对 于 正 交 波形 的 实现 可 以通过 频 分 正 交来
实现 ， Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ， 可 以通过 各种编码 波形实 如 Ｆ Ｍ—Ｌ 也 现， 如正交多相码 、 正交离散频率编码等。相位编码 信号具有理想 的近似 图钉形 的模糊 函数 ， 且具有较 好 的抗 截获 性能 ， 一种 应 用广 泛的脉 冲压缩 波 是 形 。Ｄ ｎ ａ 出一种混合数值优化算法 ， ｅｇ Ｈ ｉ提 ｔ 寻找一
Ｃｏ ｕｅ ｎ ｉｅｒｎ ｎ ｐｉ ｔ ｎ ， ０ ２ ４ （３ ：３ －３ ． ｍｐ ｔｒ ｇｎ ｅｉｇａ ｄ Ｅ Ａｐ ｌ ａｉ ｓ２ １ ， ８ １ ） １ ３１ ７ ｃ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｄ ｓ ｇ ｇ ｏ ｏ ａ ｖ ｆ ｒ ｌｓ ｔｆ ｒＭ Ｉ Ｏ ａ ａ ａ ｅ ｎ ｈ ｂ ｉ ｉ ｅ ｒ ｓｒ ｃ ： ｎ ｗ ｔ ｏ Ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｔ ｅ ｉ ｎ ｏ ｈ ｇ ｎ ｌ ｗａ ｅ ｌ ｅ ｏ Ｍ ｏ Ｔ ｒ ｄ ｒｂ ｓ ｄ ｏ ｙ ｒｄ Ｌ ｎ ａ
法 。Ｌｕ Ｂ ｔ ｉ ｏ１ ３ 等人利用统计遗 传算法和传统 的迭代 编码选择方法设计了适 用于 ＭＩ ＭＯ雷达 的多相码 。
Ｎａ ｏ ｎ Ｌ ｅ 采 用 正 交 矩 阵 扰 动 法 优 选 相 位 编 码 ｍｙ ｏ ｅｔ
基于时分体制的otfs通信雷达一体化波形设计方法
基于时分体制的otfs通信雷达一体化波形设计方法近年来，随着OTFS（Orthogonal Time Frequency Space）通信雷达一体化技术的发展，波形设计研究成为推动其发展的重要方面。
在现有OTFS技术中，基于时分体（TF）制的OTFS通信雷达一体化波形是最重要的一种，主要考虑了波形设计中调制、协议、无线电调制等方面。
本文将介绍一种基于时分体（TF）制的OTFS通信雷达一体化波形设计方案，重点叙述了此设计方案（包括步骤、原则等），并以理论和仿真分析验证了此设计方波形的可行性、有效性及性能。
首先，阐述基于时分体的新的OTFS技术的优势，比如在空时信道上高度利用空域相位，同时可以在时间和频率上平衡信号功率，这样就可以提高OTFS采用的系统TP （Throughput）和传输距离，并有效缓解串扰和协议复杂性。
其次，引入一种新的时分体波形设计方案。
在此方案中，使用“重叠-层分布”的时分体结构，使得各子载波有相互正交的特性，同时可以使信号时分增益差尽可能小，减少因为串扰而影响传输距离;此外，改进的白化冲激响应机制，可以改善了在非负责回信道情况下的截止速度;最后，利用聚类算法可以分批处理多种信号，使得其能够实现子载波之间的同步性。
接下来，介绍基于时分体（TF）制的OTFS通信雷达一体化波形设计方案设计步骤，重要原则和规则。
该方案能够以较高效率地实现目标信道传输和接收，同时减小多项式估计所造成的估计均方根误差，降低误比特率，提高作为OTFS系统最重要指标的TP；另外，通过使用“重叠-层分布”的时分体结构，可以最大限度地提高系统的TP；此外，该方案还考虑到了相干多路的数据传输，信道参数的优化，传输功率的平衡以及采用不同传输编码比特率的系统的对抗可靠性。
最后，用理论和仿真分析的方法来验证上述方案，结果表明，该方案可以证明其可行性、有效性及性能。
例如：该方案可以提高系统的传输可靠性，提高系统TP；大大减少了在调制上的复杂性；并可以有效应对复杂的环境中的非线性和多径干扰；同时，也具有最优的传输时延、小的均方根误差，以及具有抗扰力的低误比特率。
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