基于n-MFSK调制的激光致声空-水跨介质通信方法

1

作者 黄金鑫 周志权 +1 位作者 曹逸飞 赵扬 《激光技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期8-13,共6页

为了改善空中平台和水下目标之间的激光致声通信技术,采用了一种多进制多频移键控(n-MFSK)调制方式来提升激光致声空-水跨介质通信速率的方法。在借助激光致声热膨胀效应实现空-水界面处的光声转换基础上,分别采用长脉冲法和重复频率法... 为了改善空中平台和水下目标之间的激光致声通信技术,采用了一种多进制多频移键控(n-MFSK)调制方式来提升激光致声空-水跨介质通信速率的方法。在借助激光致声热膨胀效应实现空-水界面处的光声转换基础上,分别采用长脉冲法和重复频率法进行了调制及仿真验证,得到了在调制频率数量为2的情况下,2-MFSK调制可在2-FSK调制基础上将通信速率提高1倍的结果。结果表明,长脉冲法主要通过激光阵列结合频率叠加的方式实现n-MFSK调制,重复频率法则通过控制激光器频率变化进而在时域上以分配时间段的方式实现n-MFSK调制;随着调制频率数量增加,相对于n-FSK调制,n-MFSK调制下通信速率更高,并可改善频带利用率,但声压级和水中传输距离会随符号码元持续时间内调制频率数量增加而减小。该研究为未来激光致声空-水跨介质通信实际应用提供了参考。 展开更多

关键词 光通信 激光致声 多进制多频移键控 热膨胀效应 长脉冲法 重复频率法

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激光致声技术在跨冰层介质的空中-水下通信应用方法

2

作者 何宁 廖欣 蒋红艳 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1644-1649,共6页

无线电波、声波和光波通信技术可有效应用于复杂的海洋通信环境中,然而在极寒地区和极地区域海面冰层覆盖的情况下,其在远端发送信号将无法穿透冰层介质,而难以实现空中与水下的通信联络,故提出一种应用于跨冰层介质传输的激光致声通信... 无线电波、声波和光波通信技术可有效应用于复杂的海洋通信环境中,然而在极寒地区和极地区域海面冰层覆盖的情况下,其在远端发送信号将无法穿透冰层介质,而难以实现空中与水下的通信联络,故提出一种应用于跨冰层介质传输的激光致声通信体制,通过空中发射激光与海面固体冰层的互作用诱导声波信号,再利用海面上覆盖冰层的声源辐射,向下方水体传播来建立空中到水下光波与声波的通信链路,系统将光学与声学技术的有机融合,充分利用固体冰层对声波的快速传导作用,探讨光声转换机理、调制编码及激光声传输特点与性能分析,有效解决海洋通信中受冰层覆盖影响和单一种类信号传输受限问题,为海洋跨空通信提供一种新的技术途径。 展开更多

关键词 激光致声 冰层介质 热弹效应 水下通信 多脉冲位置调制

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激光致声混凝土内部空洞检测

3

作者 邹锦阳 张雅婷 +1 位作者 丁欣 姚建铨 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期126-135,共10页

激光致声混凝土内部空洞检测技术是一种针对混凝土脱空鼓包现象的遥感检测技术,具有检测快速,非接触等特点,满足了在一些不方便进行接触式检测的场景下对混凝土内部空洞进行识别的需求。该技术的实现主要分为声波的激发以及声波的探测... 激光致声混凝土内部空洞检测技术是一种针对混凝土脱空鼓包现象的遥感检测技术,具有检测快速,非接触等特点,满足了在一些不方便进行接触式检测的场景下对混凝土内部空洞进行识别的需求。该技术的实现主要分为声波的激发以及声波的探测。文中聚焦声波激发这一部分,用加速度传感器替代激光测振仪,搭建了一套激光致声混凝土内部空洞检测系统,并对内部预制空洞的混凝土试块进行了检测。实验发现混凝土内部空洞的存在会改变空洞上方结构的抗弯刚度,当存在外部激励时,空洞上方的结构将会出现弯曲振动的现象,该振动的频率接近于振动结构的一阶固有频率。使用高功率密度的脉冲激光器可以方便地激发出缺陷区域的弯曲振动,当空洞缺陷较浅时,可以根据弯曲振动在频域的特征响应判断内部是否存在空洞。随着空洞深度的增加,空洞上方结构的抗弯刚度逐渐增强,弯曲振动的振幅减小,仅凭特征频率将难以实现内部空洞的识别。在这种情况下,可以利用表面振动信号的加速度能量谱来表征振动能量,通过振动能量的高低判断混凝土内部是否存在空洞。基于上述理论,成功探测到了混凝土内部深度为150 mm的空洞,验证了利用激光致声技术检测混凝土内部空洞的可行性。 展开更多

关键词 激光技术 激光致声 混凝土 无损检测

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汽化激光致声跨界通信的三维数值特性

4

作者 李恪 梁家平 +3 位作者 姚瑶 张杨 宗思光 刘涛 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期278-290,共13页

激光致声技术可以将空气中的激光信号转化为水下的水声信号,将两种最佳信道高效地结合起来,从而解决空中-水下跨界通信问题。为了提高激光致声跨界通信的保密性和光声转化效率,采用了数值计算方法对不同条件下,激光在海面三维散射特性... 激光致声技术可以将空气中的激光信号转化为水下的水声信号,将两种最佳信道高效地结合起来,从而解决空中-水下跨界通信问题。为了提高激光致声跨界通信的保密性和光声转化效率,采用了数值计算方法对不同条件下,激光在海面三维散射特性和透射特性进行了研究。首先,为了提高仿真计算的准确性,建立了三维激光海面散射场的数学模型。其次,采用数值计算方法求解三维激光海面散射的表面积分方程,并根据入射光波的特点,对入射界面进行强、弱区划分,以提高计算效率。最后,通过室内模拟试验对仿真结果进行了验证。研究结果表明,入射角度对于汽化激光致声通信的保密性和效率有着重要的影响,为后续的系统设计和相关应用研究提供了有意义的参考。 展开更多

关键词 跨界通信 激光致声 预条件共轭梯度法 汽化机制 数值特性 转换效率

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液体性质与吸收能量对激光致声特性的影响 被引量：13

5

作者 王雨虹 王江安 吴荣华 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期998-1002,共5页

建立了激光致声的产生和测量系统,对蒸馏水、酒精和甘油中的激光致声进行测量分析,分别计算了这3种透明液体在体积模量（0.2-7.0 GPa）、动力粘性系数（0.001-30.000 Pa.s）和所吸收激光脉冲能量（10-400 mJ）变化时对应的激光致声的相... 建立了激光致声的产生和测量系统,对蒸馏水、酒精和甘油中的激光致声进行测量分析,分别计算了这3种透明液体在体积模量（0.2-7.0 GPa）、动力粘性系数（0.001-30.000 Pa.s）和所吸收激光脉冲能量（10-400 mJ）变化时对应的激光致声的相关数值。实验和数值计算结果表明：激光致声的主频、峰值声压和声能随着透明液体体积模量的增加而增加;激光致声的峰值声压和声能随着动力粘性系数的增加而减小,随着击穿区所吸收的激光脉冲能量的增加而增加;动力粘性系数和击穿区所吸收的激光脉冲能量对主频的影响不明显。 展开更多

关键词 激光致声 透明液体 体积模量 动力粘性系数 吸收能量

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一种跨介质的空中-水下激光致声探测技术研究 被引量：9

6

作者 李鹏 赵扬 +3 位作者 周志权 张鹏辉 白雪 马健 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期55-63,共9页

跨空水介质间的探测技术是世界主要海洋国家的热点研究问题。为研究空中平台与水下的激光致声探测技术,文中在光击穿机制下采用纳秒脉冲激光与水听器之间的光声信号转换来进行空-水跨介质探测模拟实验研究及验证工作。搭建了激光致声空... 跨空水介质间的探测技术是世界主要海洋国家的热点研究问题。为研究空中平台与水下的激光致声探测技术,文中在光击穿机制下采用纳秒脉冲激光与水听器之间的光声信号转换来进行空-水跨介质探测模拟实验研究及验证工作。搭建了激光致声空气-水下实验测试系统,采集了激光声扫描探测数据,对典型实验数据在时域内进行分析得出了激光激励声波的传播特性,根据时间互易原理实现了水下激光声信号的三维探测成像。利用有限元法进行激光在水下激发声波及传播的数值仿真,据此对实验进行了验证。此外,从仿真中发现通过提高脉冲能量至2.8×1010 W/cm2所激励的声波在传播400 m后仍能观测出明显的信号,信噪比约为11.3 dB,证明了百米级传输及探测的可能性。此研究结果为采用激光致声技术进行跨空-水介质探测提供了依据。 展开更多

关键词 激光致声 三维成像 时域分析 有限元仿真

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激光致声水中辐射声场的方向性研究 被引量：8

7

作者 余扬 王江安 蒋兴舟 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期26-28,31,共4页

文章针对现有声纳技术探测水中小目标的实际困难,从激光致声辐射声场的线性模型出发,应用声纳基阵的波束形成原理,建立了等离子体圆盘模型,对激光致声水中辐射声场的方向性进行了理论研究,得到此声场的方向性图,进而分析和比较了功率不... 文章针对现有声纳技术探测水中小目标的实际困难,从激光致声辐射声场的线性模型出发,应用声纳基阵的波束形成原理,建立了等离子体圆盘模型,对激光致声水中辐射声场的方向性进行了理论研究,得到此声场的方向性图,进而分析和比较了功率不同的激光束所激发的辐射声场的方向性,并得出一定的规律。 展开更多

关键词 激光致声 辐射声场 等离子体圆盘 方向性

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海气信道下激光致声下行水声通信系统探讨 被引量：4

8

作者 黄灵鹭 何宁 +1 位作者 冯太琴 何志毅 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第9期972-976,共5页

构建1.064μm脉冲激光致声水声通信系统,依据激光致声机理,研究激光脉冲能量与声能量关系,分析水下致声信号特征和传输特性,针对水下噪声信号与致声信号的频谱特性,采用滤波方法从频域进行了有效分离。通过理论分析和实验验证,结果表明... 构建1.064μm脉冲激光致声水声通信系统,依据激光致声机理,研究激光脉冲能量与声能量关系,分析水下致声信号特征和传输特性,针对水下噪声信号与致声信号的频谱特性,采用滤波方法从频域进行了有效分离。通过理论分析和实验验证,结果表明声波转换能量与激光脉冲能量成正比,选择不同的光学结构可获得不同的致声能量,采用基频可调的ASK编码方式可实现数字信息的有效传送,为海洋通信提供新的技术途径。 展开更多

关键词 激光致声 海气信道 水声通信 基频可调 ASK 编码

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透明液体中激光致声特性 被引量：3

9

作者 王雨虹 王江安 吴荣华 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期257-262,共6页

研究透明液体的特性阻抗、激光声的传播距离和激光焦斑半径对激光声信号的影响.通过实验和数值计算发现,在一定范围内,随着特性阻抗的增加,声波的峰值声压、主频和声能也相应增加;随着激光声传播距离的增加,激光声的主频从急速下降变为... 研究透明液体的特性阻抗、激光声的传播距离和激光焦斑半径对激光声信号的影响.通过实验和数值计算发现,在一定范围内,随着特性阻抗的增加,声波的峰值声压、主频和声能也相应增加;随着激光声传播距离的增加,激光声的主频从急速下降变为相对稳定;在保证光击穿的条件下,选择较大的激光焦斑半径,可提高光声能量转换效率. 展开更多

关键词 透明液体 激光致声 特性阻抗 传播距离 焦斑半径

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收发一体激光致声换能器声特性分析 被引量：2

10

作者 王雨虹 王江安 吴荣华 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1306-1310,共5页

设计并分析一种收发一体激光致声换能器的声学性能.利用旋转抛物面的声学反射特性,获得216.1dB的激光声声源级和0.24°的角度分辨力.通过控制激光参数和击穿蒸馏水获得距离分辨力为4.9mm的激光声信号,推导出该换能器接收波束和发射... 设计并分析一种收发一体激光致声换能器的声学性能.利用旋转抛物面的声学反射特性,获得216.1dB的激光声声源级和0.24°的角度分辨力.通过控制激光参数和击穿蒸馏水获得距离分辨力为4.9mm的激光声信号,推导出该换能器接收波束和发射波束的指向性函数、波束宽度方程和指向性指数表达式.通过理论推导和数值计算,初步证明了该收发一体的激光声换能器在距离分辨力、角度分辨力和声源级3方面具备了作为图像声呐声源的必要条件,在距离分辨力上具有明显的优势. 展开更多

关键词 激光致声 收发一体 数值计算 声特性

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激光致声信号分析 被引量：2

11

作者 王雨虹 王江安 马治国 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期477-479,共3页

对激光声的信号特征进行分析。设计激光声产生系统,获取并测量激光声信号,求出激光声信号的功率谱、模糊函数、水中的距离分辨力和多普勒分辨常数,从理论上初步证明了激光声信号的距离分辨力达到3.3mm,比现有图像声呐的分米级的距离分... 对激光声的信号特征进行分析。设计激光声产生系统,获取并测量激光声信号,求出激光声信号的功率谱、模糊函数、水中的距离分辨力和多普勒分辨常数,从理论上初步证明了激光声信号的距离分辨力达到3.3mm,比现有图像声呐的分米级的距离分辨力高;激光声信号的频率分辨常数大,适合于探测静止或速度低的目标。因此,激光声可作为对多普勒频率不敏感图像声呐的声源。 展开更多

关键词 激光致声 声呐 声源

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提高液体中脉冲激光致声转换效率的理论研究 被引量：1

12

作者 李秋实 王泽锋 胡永明 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1055-1059,共5页

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指... 从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指出在对光致声波可重复性和可控制性没有特殊要求的情况下,可采用高功率光纤激光器,通过汽化机制或介电击穿机制激发声波,提高转换效率。 展开更多

关键词 激光致声 光声转换效率 热膨胀机制 Helmholtz共振光声池 汽化机制 介电击穿机制

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一种基于非线性滤波器的激光致声信号识别方法 被引量：1

13

作者 王永超 韩东 李利 《科学技术创新》 2021年第25期75-76,共2页

激光致声是一种重要的水声通信技术,利用激光照射水面能够在水下产生声波信号,再把声波信号进行编码实现信息传输。本文对激光产生的声波脉冲信号进行了时域分析,根据声波脉冲的波形特点设计了非线性滤波器。通过非线性滤波提取声波信... 激光致声是一种重要的水声通信技术,利用激光照射水面能够在水下产生声波信号,再把声波信号进行编码实现信息传输。本文对激光产生的声波脉冲信号进行了时域分析,根据声波脉冲的波形特点设计了非线性滤波器。通过非线性滤波提取声波信号的时域特征,并利用该特征对脉冲进行了识别和定位,为了提高定位的精度,在粗定位后又进行了一次精确定位。最后通过实验对算法进行了验证,实验结果表明该方法能够较好地判别并定位声波脉冲信号。 展开更多

关键词 水声通信 激光致声 非线性滤波器

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激光致声技术研究及其应用前景 被引量：3

14

作者 崔桂华 李荣福 李桂娟 《声学与电子工程》 1989年第2期17-22,共6页

本文简述了激光致声的基本原理和实验结果,指出了其应用前景。实验表明,激光能够在水中激发声波,利用微音器可以在空气中接收到出射水面的激光声反射波,因而激光致声技术可以用于航空遥感测深和水中目标探测。

关键词 激光致声 遥感探测 水下目标

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用于远程遥控水雷的激光致声技术研究

15

作者 蔡鵾 《舰船科学技术》 1998年第1期27-33,共7页

本文根据遥控水雷的要求和特点，对水中光击穿激光声的时间特征、频谱特征、方向特征、受介质吸收效应影响的特征以及传播特征等进行了较全面地研究。研究表明，采用激光致声技术对远海水雷进行遥控是可行的，具有良好的发展前景。

关键词 激光致声 遥控水雷 激光技术 水雷

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激光致声探测水下目标分析

16

作者 曹博文 龚杭 +1 位作者 汲壮 严一民 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2014年第6期73-75,80,共4页

针对激光热膨胀致声,研究声波的接收信号及特性。分析了微音器接收端声波信号的产生原因是水底反射波和水面反射波,但是由于受实验条件限制没能分辨出这两种声波信号区别,对这一问题有待继续探究。结合实验现象,利用Matlab分析微音器接... 针对激光热膨胀致声,研究声波的接收信号及特性。分析了微音器接收端声波信号的产生原因是水底反射波和水面反射波,但是由于受实验条件限制没能分辨出这两种声波信号区别,对这一问题有待继续探究。结合实验现象,利用Matlab分析微音器接收声波信号的时间差与水深相互关系,并得出一组声波传播时间与距离和声波速度在两种介质的折射关系表达式。通过仿真可以在理论上对探测水深进行计算。 展开更多

关键词 探测水深 激光热膨胀致声 声波 微音器

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激光致声声呐换能器的设计 被引量：11

17

作者 王雨虹 王江安 +1 位作者 宗思光 吴荣华 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第6期562-565,共4页

提出一种声呐发射换能器的设计思路。设计激光声产生系统,获取并测量激光声信号,求出激光声信号的功率谱、模糊函数、水中的距离分辨力、多普勒分辨常数。基于激光声的产生、传播、时域波形和频率特性提出声呐发射换能器的概念性设计思... 提出一种声呐发射换能器的设计思路。设计激光声产生系统,获取并测量激光声信号,求出激光声信号的功率谱、模糊函数、水中的距离分辨力、多普勒分辨常数。基于激光声的产生、传播、时域波形和频率特性提出声呐发射换能器的概念性设计思路。从理论上初步证明了该换能器具有良好的距离分辨力和指向性,可作为高分辨力声呐的声源。 展开更多

关键词 发射换能器 概念性设计 声呐 激光致声 距离分辨力 光声信号 产生系统 模糊函数

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三角波形激光脉冲在液体中致声的特性分析 被引量：4

18

作者 李秋实 罗洪 +1 位作者 胡永明 倪明 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期409-412,共4页

为了研究激光脉冲波形对其在液体中致声特性的影响,基于激光致声的热膨胀机制机理,采用理论推导和数值仿真的方法,对三角波形激光脉冲激发声波的特性进行了分析。首先阐述了激光与液体媒质通过热膨胀机制作用激发平面光声源的理论;推导... 为了研究激光脉冲波形对其在液体中致声特性的影响,基于激光致声的热膨胀机制机理,采用理论推导和数值仿真的方法,对三角波形激光脉冲激发声波的特性进行了分析。首先阐述了激光与液体媒质通过热膨胀机制作用激发平面光声源的理论;推导了激光脉冲为三角波形时在约束边界和自由边界下产生声脉冲的解析解,并通过仿真得到了声脉冲剖面;然后通过模拟得到了不同边界下激发光声脉冲的波形;最后分别推导了约束边界和自由边界下的光声转换效率,分析了转换效率的影响因素,并对不同边界下的转换效率进行了求解和对比。结果表明,该研究对激光致声技术的工程应用具有理论指导意义。 展开更多

关键词 激光技术 激光致声 热膨胀机制 三角脉冲 光声脉冲剖面 光声脉冲波形 转换效率

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脉冲CO_2激光水下致声声脉冲特性的实验研究 被引量：2

19

作者 陈清明 程祖海 +3 位作者 左都罗 朱海红 翟冰杰 陈钰琦 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期605-607,共3页

以分析水中的光声信号的特点为目的,采用实验的方法利用压电陶瓷球形水听器、数字存储示波器,对TEACO2脉冲激光在水中激发声波的幅度、频率等特性进行了测量,并用信号分析软件进行分析和处理。结果表明,TEACO2脉冲激光在水中产生的声信... 以分析水中的光声信号的特点为目的,采用实验的方法利用压电陶瓷球形水听器、数字存储示波器,对TEACO2脉冲激光在水中激发声波的幅度、频率等特性进行了测量,并用信号分析软件进行分析和处理。结果表明,TEACO2脉冲激光在水中产生的声信号幅度随脉冲能量增加而增大。实验中首次发现,激光声频率在100kHz以内有31kHz和62kHz两个峰值,且该两频率峰值随激光脉冲宽度增加而减小。光声信号的以上特性表明,可以通过调节激光脉冲的能量和宽度,选择或控制应用于水声通信、水下资源探测等技术的光声信号。 展开更多

关键词 激光技术 脉冲激光致声 热弹效应 汽化效应 声脉冲幅度 声脉冲频谱

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激光致声换能器的实验与应用论证 被引量：2

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作者 王雨虹 王江安 +1 位作者 宗思光 刘涛 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期20-26,共7页

设计制造了激光致声发射换能器,并进行了水槽实验,测量、计算了激光声信号的距离分辨力、声源级、指向性函数、指向性指数,分析了实验值与理论值误差产生的原因;计算了噪声背景和混响背景下对目标的探测距离;从理论上论证了探测沉底目... 设计制造了激光致声发射换能器,并进行了水槽实验,测量、计算了激光声信号的距离分辨力、声源级、指向性函数、指向性指数,分析了实验值与理论值误差产生的原因;计算了噪声背景和混响背景下对目标的探测距离;从理论上论证了探测沉底目标的可行性;分析了该换能器的信息传输速率、指向性和通信距离。 展开更多

关键词 声换能器 激光致声 水槽实验 指向性函数 应用 信息传输速率 探测距离 发射换能器

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