弹道导弹跟踪方法和算法研究--《西北工业大学》2014年博士论文
弹道导弹跟踪方法和算法研究
【摘要】：迄今为止,弹道导弹都是现代战争中极具威力的进攻性武器。因此,作为弹道导弹防御核心技术之一的弹道导弹跟踪技术的研究也就迫在眉睫。论文针对弹道导弹主动段、自由段和再入段开展弹道导弹跟踪方法和算法研究,提出了基于动力学重力转弯模型的主动段跟踪方法和算法,基于状态方程中加入多普勒频率的自由段跟踪方法和算法,基于观测方程中加入多普勒频率的弹道式再入弹道导弹跟踪方法和算法和机动式再入弹道导弹跟踪方法和算法,并进行了建模和仿真研究。论文的主要内容如下:1为了提高主动段弹道导弹飞行动力建模精确度,基于球形地球模型和动力学重力转弯模型,在东-北-天坐标系(East-North-Up,ENU)和球坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于机械扫描雷达的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)和无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)这两类非线性滤波方法、模型和算法;在雷达阵面坐标系(Radar Face Coordinates,RFC)和RUV坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于相控阵雷达的两类(EKF和UKF)非线性滤波方法、模型和算法。仿真结果表明这两类方法、模型和算法的合理性和有效性,并且相对于EKF滤波模型,UKF滤波模型的精度有明显地提高;2为了提高自由段弹道导弹飞行动力建模精确度,基于椭球地球模型,在ENU和球坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于机械扫描雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法;在RFC和RUV坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于相控阵雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法。仿真结果表明这两类方法、模型和算法的合理性和有效性,并且相对于EKF滤波模型,UKF滤波模型的精度有明显地提高;3针对雷达可提取多普勒频率这一情况,基于椭球地球模型,把多普勒频率作为未知参数增广到状态向量中,在ENU和球坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于机械扫描雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法;在RFC和RUV坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于相控阵雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法。仿真结果表明这两类方法、模型和算法的合理性和有效性,并且相对于EKF滤波模型,UKF滤波模型的精度有明显地提高;4为了提高弹道式再入段弹道导弹飞行动力建模精确度和雷达可提取多普勒频率的情况,基于椭球地球模型,把阻力参数和多普勒频率作为未知参数分别增广到状态向量和观测向量中,在ENU和球坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于机械扫描雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法。同样,把阻力参数和多普勒频率作为未知参数分别增广到状态向量和观测向量中,在RFC和RUV坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于相控阵雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法。仿真结果表明这两类方法、模型和算法的合理性和有效性,并且相对于EKF滤波模型,UKF滤波模型的精度有明显地提高;5为了提高机动式再入段弹道导弹飞行动力建模精确度和雷达可提取多普勒频率的情况,基于椭球地球模型,把升力参数分解为侧向力参数和爬升力参数,与阻力参数一起作为未知参数增广到状态向量中,并且把多普勒频率作为未知参数增广到观测向量中,在ENU和球坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于机械扫描雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法。同样,基于椭球地球模型,把升力参数分解为侧向力参数和爬升力参数,与阻力参数一起作为未知参数增广到状态向量中,并且把多普勒频率作为未知参数增广到观测向量中,在RFC和RUV坐标系组成的混合坐标系下,提出并建立了基于相控阵雷达的两类非线性滤波方法、模型和算法。仿真结果表明这两类方法、模型和算法的合理性和有效性,并且相对于EKF滤波模型,UKF滤波模型的精度有明显地提高。
【关键词】：
【学位授予单位】：西北工业大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2014【分类号】：TJ761.3【目录】：
摘要4-6ABSTRACT6-141 绪论14-22 1.1 引言14-15 1.2 研究现状15-17
1.2.1 主动段弹道导弹跟踪15-16
1.2.2 自由段弹道导弹跟踪16
1.2.3 再入段弹道导弹跟踪16-17 1.3 论文结构与创新点17-20
1.3.1 论文结构18-19
1.3.2 论文创新点19-20 1.4 本章小结20-222 弹道导弹跟踪相关内容22-32 2.1 引言22 2.2 弹道导弹跟踪坐标系及其之间的相互关系22-25
2.2.1 地心坐标系22
2.2.2 地心惯性坐标系22-23
2.2.3 东-北-天坐标系23
2.2.4 雷达站球坐标系23
2.2.5 雷达阵面坐标系23-24
2.2.6 RUV坐标系24
2.2.7 EC坐标系与ECI坐标系之间的相互关系24-25
2.2.8 ENU坐标系与球坐标系之间的相互关系25
2.2.9 ENU坐标系与RFC坐标系之间的相互关系25
2.2.10 RFC坐标系与RUV坐标系之间的相互关系25 2.3 弹道导弹在飞行过程中的总加速度25-26 2.4 地球重力模型26-28
2.4.1 平地球模型26-27
2.4.2 球形地球模型27
2.4.3 椭球地球模型27-28 2.5 两种常用的滤波算法28-30
2.5.1 EKF滤波算法28-29
2.5.2 UKF滤波算法29-30 2.6 标准弹道生成30-31
2.6.1 龙格库塔法30-31
2.6.2 阿达姆茨预报校正法31 2.7 本章小结31-323 主动段弹道导弹跟踪方法和算法研究32-54 3.1 引言32 3.2 主动段推力32-33 3.3 一般运动模型33-34
3.3.1 常加速度模型33
3.3.2 常净余加速度模型33-34
3.3.3 相关加速度模型34 3.4 重力转弯模型34-35
3.4.1 运动学重力转弯模型34-35
3.4.2 动力学重力转弯模型35 3.5 ECI坐标系下主动段动力学重力转弯模型35 3.6 基于机械扫描雷达的主动段弹道导弹跟踪方法和算法35-45
3.6.1 ENU坐标系下主动段弹道导弹的总加速度36-37
3.6.2 ENU坐标系下主动段弹道导弹的状态方程及其雅克比矩阵37-39
3.6.3 ENU坐标系下主动段弹道导弹状态方程的离散化39-40
3.6.4 球坐标系下主动段弹道导弹观测方程及其雅克比矩阵40
3.6.5 球坐标系下主动段弹道导弹观测方程的离散化40-41
3.6.6 ENU坐标系下主动段弹道导弹EKF滤波算法41
3.6.7 ENU坐标系下主动段弹道导弹UKF滤波算法41-43
3.6.8 仿真对比分析43-45 3.7 基于相控阵雷达的主动段弹道导弹跟踪方法和算法45-53
3.7.1 RFC坐标系下主动段弹道导弹的总加速度45-48
3.7.2 RFC坐标系下主动段弹道导弹的状态方程及其雅克比矩阵48-49
3.7.3 RFC坐标系下主动段弹道导弹状态方程的离散化49-50
3.7.4 RUV坐标系下主动段弹道导弹观测方程及其雅克比矩阵50
3.7.5 RUV坐标系下主动段弹道导弹观测方程的离散化50
3.7.6 RFC坐标系下主动段弹道导弹EKF滤波算法50-51
3.7.7 RFC坐标系下主动段弹道导弹UKF滤波算法51
3.7.8 仿真对比分析51-53 3.8 本章小结53-544 自由段弹道导弹跟踪方法和算法研究54-82 4.1 引言54 4.2 ECI坐标系下自由段弹道导弹动力学模型54-55 4.3 基于机械扫描雷达的自由段弹道导弹跟踪方法和算法55-62
4.3.1 ENU坐标系下自由段弹道导弹的总加速度55-56
4.3.2 ENU坐标系下自由段弹道导弹的状态方程及其雅克比矩阵56-57
4.3.3 ENU坐标系下自由段弹道导弹状态方程的离散化57-58
4.3.4 球坐标系下自由段弹道导弹观测方程及其雅克比矩阵58
4.3.5 球坐标系下自由段弹道导弹观测方程的离散化58
4.3.6 ENU坐标系下自由段弹道导弹EKF滤波算法58
4.3.7 ENU坐标系下自由段弹道导弹UKF滤波算法58
4.3.8 仿真对比分析58-62 4.4 基于相控阵雷达的自由段弹道导弹跟踪方法和算法62-69
4.4.1 RFC坐标系下自由段弹道导弹的总加速度62-64
4.4.2 RFC坐标系下自由段弹道导弹的状态方程及其雅克比矩阵64-65
4.4.3 RFC坐标系下自由段弹道导弹状态方程的离散化65-66
4.4.4 RUV坐标系下自由段弹道导弹观测方程及其雅克比矩阵66
4.4.5 RUV坐标系下自由段弹道导弹观测方程的离散化66-67
4.4.6 RFC坐标系下自由段弹道导弹EKF滤波算法67
4.4.7 RFC坐标系下自由段弹道导弹UKF滤波算法67
4.4.8 仿真对比分析67-69 4.5 基于可提取多普勒频率的机械扫描雷达的自由段跟踪方法和算法69-74
4.5.1 ENU坐标系下自由段弹道导弹多普勒频率与状态向量之间的关系69-70
4.5.2 ENU坐标系下加入多普勒频率的状态方程及其雅克比矩阵70
4.5.3 ENU坐标系下加入多普勒频率的状态方程的离散化70-71
4.5.4 球坐标系下状态方程中加入多普勒频率的观测方程及其雅克比矩阵71
4.5.5 球坐标系下状态方程中加入多普勒频率的观测方程的离散化71-72
4.5.6 ENU坐标系下加入多普勒频率的自由段弹道导弹EKF滤波72
4.5.7 ENU坐标系下加入多普勒频率的自由段弹道导弹UKF滤波72
4.5.8 仿真对比分析72-74 4.6 基于可提取多普勒频率的相控阵雷达的自由段跟踪方法和算法74-79
4.6.1 RFC坐标系下自由段弹道导弹多普勒频率与状态向量之间的关系74
4.6.2 RFC坐标系下加入多普勒频率的状态方程及其雅克比矩阵74-76
4.6.3 RFC坐标系下加入多普勒频率的状态方程的离散化76-77
4.6.4 RUV坐标系下状态方程中加入多普勒频率的观测方程及其雅克比矩阵77
4.6.5 RUV坐标系下状态方程中加入多普勒频率的观测方程的离散化77
4.6.6 RFC坐标系下加入多普勒频率的自由段弹道导弹EKF滤波77
4.6.7 RFC坐标系下加入多普勒频率的自由段弹道导弹UKF滤波77
4.6.8 仿真对比分析77-79 4.7 本章小结79-825 再入段弹道导弹跟踪方法和算法研究82-118 5.1 引言82 5.2 再入段弹道导弹的空气动力82-83
5.2.1 再入段弹道导弹空气阻力82-83
5.2.2 再入段弹道导弹升力83
5.2.3 大气密度模型83 5.3 基于可提取多普勒频率的机械扫描雷达的弹道式再入跟踪方法和算法83-91
5.3.1 ENU坐标系下弹道式再入的弹道导弹总加速度83-84
5.3.2 ENU坐标系下弹道式再入的弹道导弹状态方程及其雅克比矩阵84-85
5.3.3 ENU坐标系下弹道式再入的弹道导弹状态方程的离散化85-86
5.3.4 球坐标系下加入多普勒频率的观测方程及其雅克比矩阵86-87
5.3.5 球坐标系下加入多普勒频率的观测方程的离散化87
5.3.6 ENU坐标系下加入多普勒频率的弹道式再入弹道导弹EKF滤波算法87
5.3.7 ENU坐标系下加入多普勒频率的弹道式再入弹道导弹UKF滤波算法87
5.3.8 仿真对比分析87-91 5.4 基于可提取多普勒频率的相控阵雷达的弹道式再入跟踪方法和算法91-98
5.4.1 RFC坐标系下弹道式再入弹道导弹总加速度91-92
5.4.2 RFC坐标系下弹道式再入弹道导弹状态方程及其雅克比矩阵92-93
5.4.3 RFC坐标系下弹道式再入弹道导弹状态方程的离散化93-94
5.4.4 RUV坐标系下加入多普勒频率的观测方程及其雅克比矩阵94-95
5.4.5 RUV坐标系下加入多普勒频率的观测方程的离散化95-96
5.4.6 RFC坐标系下加入多普勒频率的弹道式再入弹道导弹EKF滤波算法96
5.4.7 RFC坐标系下加入多普勒频率的弹道式再入弹道导弹UKF滤波算法96
5.4.8 仿真对比分析96-98 5.5 基于可提取多普勒频率的机械扫描雷达的机动式再入跟踪方法和算法98-107
5.5.1 ENU坐标系下机动式再入弹道导弹总加速度98-100
5.5.2 ENU坐标系下机动式再入弹道导弹状态方程及其雅克比矩阵100-102
5.5.3 ENU坐标系下机动式再入弹道导弹状态方程的离散化102-103
5.5.4 球坐标系下机动式再入弹道导弹观测方程及其雅克比矩阵103
5.5.5 球坐标系下机动式再入弹道导弹观测方程的离散化103
5.5.6 ENU坐标系下加入多普勒频率的机动式再入弹道导弹EKF滤波算法103-104
5.5.7 ENU坐标系下加入多普勒频率的机动式再入弹道导弹UKF滤波算法104
5.5.8 仿真对比分析104-107 5.6 基于可提取多普勒频率的相控阵雷达的机动式再入跟踪方法和算法107-116
5.6.1 RFC坐标系下机动式再入弹道导弹总加速度107-108
5.6.2 RFC坐标系下机动式再入弹道导弹状态方程及其雅克比矩阵108-113
5.6.3 RFC坐标系下机动式再入弹道导弹状态方程的离散化113-114
5.6.4 RUV坐标系下机动式再入弹道导弹观测方程及其雅克比矩阵114
5.6.5 RUV坐标系下机动式再入弹道导弹观测方程的离散化114
5.6.6 RFC坐标系下加入多普勒频率的机动式再入弹道导弹EKF滤波算法114
5.6.7 RFC坐标系下加入多普勒频率的机动式再入弹道导弹UKF滤波算法114
5.6.8 仿真对比分析114-116 5.7 本章小结116-1186 总结与展望118-122参考文献122-130附录A 空间直角坐标系的转换130-131附录B 大地坐标与地心坐标的转换131-132附录C 大地纬度与地心纬度的换算132-133致谢133-134攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况134-135
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京公网安备75号导弹与各类导弹工作原理/军事武器揭秘
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导弹与各类导弹工作原理/军事武器揭秘
&&&& 军事武器揭秘 导弹与各类导弹工作原理
&&&&导弹是“导向性飞弹”的简称，是一种依靠制导系统来控制飞行轨迹的可以指定攻击目标，甚至追踪目标动向的无人驾驶武器，其任务是把战斗部装药在打击目标附近引爆并毁伤目标，或在没有战斗部的情况下依靠自身动能直接撞击目标，以达到毁伤效果。简言之，导弹是依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行路线，并导向目标的武器。 &&&&
导弹通常由战斗部(弹头；、弹体结构系统、动力装置推进系统和制导系统等4部分组成。在导弹的发展历程中，也曾出现过不带战斗部的导弹。 &&&&
导弹推进系统 &&&&
是为导弹飞行提供推力的整套装置。又称导弹动力装置。它主要由发动机和推进剂供应系统两大部分组成，其核心是发动机。导弹发动机有很多种，通常分为火箭发动机和吸气喷气发动机两大类。前者自身携带氧化剂和燃烧剂，因此不仅可用于在大气层内飞行的导弹，还可用于在大气层外飞行的导弹~后者只携带燃烧剂，要依靠空气中的氧气，所以只能用于在大气层内飞行的导弹。火箭发动机按其推进剂的物理状态可分为液体火箭发动机、固体火箭发动机和固：液混合1/34页&&&&火箭发动机。吸气喷气发动机又可分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇喷气发动机以及冲压喷气发动机。此外，还有由火箭发动机和吸气喷气发动机组合而成的组合发动机。发动机的选择要根据导弹的作战使用条件而定。战略弹道导弹因其只在弹道主动段靠发动机推力推进，发动机工作时间短，且需在大气层外飞行，应选择固体或液体火箭发动机~战略巡航导弹因其在大气层内飞行，发动机工作时间长，应选择燃料消耗低的涡轮风扇喷气发动机(也可以使用冲压喷气发动机；。战术导弹要求机动性能好和快速反应能力强，大都选择固体火箭发动机。但在空面导弹、反舰导弹和中远程空空导弹里也逐步推广使用涡喷/涡扇发动机和冲压喷气发动机。
导弹制导系统 &&&&
按一定导引规律将导弹导向目标 、 控制其质心运动和绕质心运动以及飞行时间程序、指令信号、供电、配电等的各种装置的总称。其作用是适时测量导弹相对目标的位置，确定导弹的飞行轨迹，控制导弹的飞行轨迹和飞行姿态，保证弹头(战斗部)准确命中目标。导弹制导系统有4种制导方式；?自主式制导。制导系统装于导弹上，制导过程中不需要导弹以外的设备配合，也不需要来自目标的直接信息，就能控制导弹飞向目标。如惯性制导，大多数地地弹道导弹采用自主式制导。?寻的制导。由弹上的导引头感受目标的辐射或反射能量，自动形成制导指令，控制导弹飞向目标。如无线电寻的制导、激光寻的制导、红外寻的制导。这种制导方式制导精度高，但制导距离较近，多用于地空、舰空、空空、空地、空舰等导弹。?遥控制导。2/34页&&&&由弹外的制导站测量，向导弹发出制导指令，由弹上执行装置操纵导弹飞向目标。如无线电指令制导、无线电波束制导和激光波束制导等，多用于地空、空空、空地导弹和反坦克导弹等。?复合制导。在导弹飞行的初始段、中间段和末段，同时或先后采用两种以上制导方式的制导称为复合制导。这种制导可以增大制导距离，提高制导精度。
导弹制导精度 &&&&
导弹制导精度是导弹制导系统的主要性能指标之一，也是决定导弹命中精度的主要因素。打击固定目标时，导弹命中精度用圆概率偏差(CEP)描述。它是一个长度的统计量，即向一个目标发射多发导弹，要求有半数的导弹落在以平均弹着点为圆心，以圆概率偏差为半径的圆内。打击活动目标时，导弹的命中精度用脱靶距离表示，即导弹相对于目标运动轨迹至目标中心的最短距离。
导弹弹头 &&&&
是导弹毁伤目标的专用装置，亦称导弹战斗部。它由弹头壳体、战斗装药、引爆系统等组成。有的弹头还装有控制、突防装置。战斗装药是导弹毁伤目标的能源，可分为核装药、普通装药、化学战剂、生物战剂等。引爆系统用于适时引爆战斗部，同时还保证弹头在运输、贮存、 发射和飞行时的安全。弹头按战斗装药的不同可分为导弹常规弹头、导弹特种弹头和导弹核弹头，战术导弹多用常规弹头，战略导弹多用核弹头。核弹头的威力用梯恩梯当量表示。每枚导弹所携带的弹头可以是单弹头或多弹头，多弹头又可分为集束式、分导式和机动式。战略导弹多采用多弹头，以提高导弹的突防能力和攻击多目标3/34页的能力。
导弹弹体结构系统 &&&&
用于构成导弹外形、连接和安装弹上各分系统且能承受各种载荷的整体结构。为了提高导弹的运载能力，弹体结构质量应尽量减轻。因此，应采用高比强度的材料和先进的结构形式。导弹外形是影响导弹性能的主要因素之一。具有良好的气动外形， 对于巡航导弹以及在大气层内飞行速度快、机动能力强的战术导弹，要求更为突出。 &&&&
重点介绍以下4类导弹 &&&&毒刺导弹工作原理?爱国者导弹工作原理 响尾蛇导弹工作原理?巡航导弹工作原理 &&&&毒刺导弹工作原理
导弹是军队最喜爱的武器之一，因为导弹让人可以从距离目标极远的位置发射武器。 &&&&在本文中，你将有机会了解毒刺导弹。它可以击中哪类飞行器?为什么它如此有效?你还将了解毒刺导弹在阿富汗中发挥的作用. &&&&
每次发生涉及美国军队的武装冲突时，毒刺导弹就会出现在新闻中。某些航空事故背后也有它的身影——TWA flight 800就是一个4/34页&&&&最近的例子。我们多次在这些事件背景中听到毒刺导弹的原因在于，毒刺导弹是用于击落飞行器非常有效的武器。该导弹使用红外线导引装置锁定引擎尾气中的热量，可击中几乎所有飞行高度在3353米以下的目标。 &&&&
毒刺导弹(官方名称FIM-92A；旨在为地面部队提供对抗低空飞行的飞机和直升机的办法。从地面士兵的角度来说，对付低空飞行的敌方飞行器常常是一个难题，因为它们可以对己方部队进行轰炸、扫射和监视，还能对敌方部队进行安插、撤离或补给。击落这些飞行器是消除威胁的最简单方法。
下面是使毒刺导弹成为地面部队有效武器的四个要素； &&&&
它是一种重量轻、易携带的武器。导弹和发射装置共重15公斤。发射装置可重复使用。每枚导弹都是一个密封装置，仅重10公斤。 &&&&
毒刺导弹是肩射式武器，一个人就可以发射(尽管通常你总是看见两人一组操作这种导弹；。 &&&&
它使用被动红外线导引装置。它是“fire-and-forget”式(发射后自动追踪，无需人为干预；武器。 &&&&
红外线导引装置能够锁定飞行器引擎产生的热量。之所以称为“被动”导引装置在于；和雷达制导导弹不同，它不发射无线电波来“观察”目标。 &&&&
下面是毒刺导弹的基本部件； 5/34页
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TA的最新馆藏[转]&查看: 1955|回复: 22
请问我看视频有人用的导弹是3发跟踪的， 这个是哪个武器？
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请问我看视频有人用的导弹是3发跟踪的， 这个是哪个武器？
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…导弹发射器锁定后发射都是三发跟踪的。lz你用的时候没锁定把？
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任何导弹锁定后都跟踪吗？&&我锁定的画面也和别人不同啊&&别人是一个大圈
TA的每日心情开心 07:49签到天数: 1 天连续签到: 1 天[LV.1]初来乍到威望帖子积分
截图看看你的武器。
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我在公司， 这难倒我了 ， 我用联邦&&白色的 没剑的，&&有3把武器& &我升级了一个火箭炮样子的 ，一开始还有3发的 ，开发到后面变单发了
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大概是把导弹箱换成火箭筒而且还是高输出的版本，就会是只有一发炮弹
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楼楼您好！任何3连发导弹都是跟踪的。
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默认的是一发，开发下一级是三发的，开发到最后又变成一发的了
这个锁定后能跟踪别人吗？
我说的跟踪是不论别人跑到哪里导弹会跟着他跑，不是准心自动瞄准
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楼楼您好！任何3连发导弹都是跟踪的。
你好&&我的没跟踪啊& &还要升级什么吗？ 而且这个枪默认是一发，开发一次是3发，再开发又一发了
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