(57)【要約】【課題】クロック誤差対応アルゴリズムを採用した際のＳＩＲの算出を可能にした伝搬距離推定装置を提供すること。【解決手段】測距信号は周波数の異なるＮ個のサイン波を合成した信号であり、これを基地局１から端末２に無線で送信し、端末２はこれをそのまま送り返し、基地局１は測距信号を受信する。このとき、基地局１が現在送信している測距信号と、受信した測距信号との間に生じている位相回転量を周波数毎に求め、さらに隣り合う周波数における位相回転量の差を求めることで伝搬距離を算出する。基地局１及び端末２の間にクロック誤差がある場合を想定したクロック誤差対応アルゴリズムによる距離推定に際し、測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することでＳＩＲの算出を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる周波数の複数の連続波を基地局において合成し、これを測距信号として前記基地局から端末に送信し、当該測距信号を前記端末から前記基地局に返信させ、当該測距信号の伝搬距離を推定する伝搬距離推定装置において、
前記基地局が受信した前記測距信号と当該測距信号の複素共役とを乗算し、その乗算結果に対し相関演算を行って、前記乗算結果の各周波数成分を抽出する相関演算部と、
前記相関演算部が抽出した各周波数成分の位相から前記伝搬距離を推定する距離推定部とを備え、
前記距離推定部は、前記測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで得られる受信結果の和と、前記測距信号を送信せずに得られる受信結果とに基づいて、前記相関演算部が乗算した乗算結果に含まれる信号成分に対する妨害波成分の大きさを算出しつつ、前記伝搬距離を推定する
ことを特徴とする伝搬距離推定装置。
【請求項２】
前記距離推定部は、前記測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで得られるＮ個の受信結果の和から、前記測距信号を送信せずに得られる受信結果の（Ｎ−１）倍を選択的に差し引くことで、前記妨害波成分を算出する
請求項１に記載の伝搬距離推定装置。
【請求項３】
前記距離推定部は、前記相関演算部が乗算した乗算結果から前記妨害波成分を選択的に差し引くことで、前記信号成分を算出する
請求項１又は２に記載の伝搬距離推定装置。
【請求項４】
前記距離推定部は、前記測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで得られるＮ個の受信結果の和から、前記測距信号を送信せずに得られる受信結果の（Ｎ−１）倍を差し引くことで、前記妨害波成分を算出するとともに、前記相関演算部が乗算した乗算結果から前記妨害波成分を差し引くことで、前記信号成分を算出し、さらに前記信号成分の２乗を前記妨害波成分の２乗で割ることにより、前記信号成分に対する前記妨害波成分の大きさを算出する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の伝搬距離推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局と端末との間で電波を送受信して、電波の伝搬距離を推定する伝搬距離推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基地局から端末に電波を送信し、その電波を受信した端末から電波を基地局に再送信させ、このとき基地局が受信した電波から、電波の送受信に要した伝搬距離を推定する伝搬距離推定装置が周知である（特許文献１〜４等参照）。これら特許文献でも示されるように、この種の伝搬距離推定装置は、車両及び電子キーの間でキー照合を無線により行う電子キーシステムへの適用が検討されている。これは、車両から遠く離れた場所に電子キーが位置するとき、この電子キーと車両とを中継器によって不正に通信確立させてしまう状況を防ぐためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７０３６４号公報
【特許文献２】特開２００３−１３６４４号公報
【特許文献３】特表２００６−５１２５１５号公報
【特許文献４】特表２００８−５１５３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、伝搬距離の推定に用いる電波と同一の周波数帯に妨害波が存在する場合には、基地局が受信した電波に妨害波が含まれるため、距離推定値に誤差が発生してしまう。誤差の大きさは、基地局が受信した電波から算出される特性値に含まれる信号成分に対する妨害波成分の大きさ（ＳＩＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）に比例するため、所定の精度が得られるかを確認するにはＳＩＲを算出する必要がある。
【０００５】
しかし、基地局及び端末の間のクロック誤差に対応する距離推定アルゴリズムでは、妨害波成分を求めることができず、ＳＩＲを算出できない問題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、クロック誤差対応アルゴリズムを採用した際のＳＩＲの算出を可能にした伝搬距離推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する伝搬距離推定装置は、互いに異なる周波数の複数の連続波を基地局において合成し、これを測距信号として前記基地局から端末に送信し、当該測距信号を前記端末から前記基地局に返信させ、当該測距信号の伝搬距離を推定する伝搬距離推定装置において、前記基地局が受信した前記測距信号と当該測距信号の複素共役とを乗算し、その乗算結果に対し相関演算を行って、前記乗算結果の各周波数成分を抽出する相関演算部と、前記相関演算部が抽出した各周波数成分の位相から前記伝搬距離を推定する距離推定部とを備え、前記距離推定部は、前記測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで得られる受信結果の和と、前記測距信号を送信せずに得られる受信結果とに基づいて、前記相関演算部が乗算した乗算結果に含まれる信号成分に対する妨害波成分の大きさを算出しつつ、前記伝搬距離を推定する。
【０００７】
この構成によれば、基地局が受信した測距信号とその複素共役とを乗算すると、基地局及び端末のクロック誤差を要因とした周波数ずれが補正された乗算結果が抽出される。このため、電波の伝搬距離を推定するにあたり、周波数ずれが補正された乗算結果に対し相関演算を行って乗算結果の各周波数成分を抽出し、各周波数成分の位相から伝搬距離を推定するので、クロック誤差による周波数ずれの影響がない距離推定結果を得ることが可能となる。
【０００８】
そして、このようなクロック誤差対応アルゴリズムを採用しつつ、本構成では、測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで、妨害波が含まれた受信結果が得られる。そして、その和と、測距信号を送信せずに得られる妨害波のみの受信結果とに基づいて、相関演算部が乗算した乗算結果に含まれる信号成分に対する妨害波成分の大きさ（ＳＩＲ）を算出することが可能となる。つまり、クロック誤差対応アルゴリズムを採用した際にＳＩＲを算出できる。尚、ＳＩＲの算出が可能となるため、妨害波による推定精度の劣化を予測可能となり、劣化の度合に応じて距離推定値を取捨できることになる。
【０００９】
上記伝搬距離推定装置について、前記距離推定部は、前記測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで得られるＮ個の受信結果の和から、前記測距信号を送信せずに得られる受信結果の（Ｎ−１）倍を選択的に差し引くことで、前記妨害波成分を算出することとしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、測距信号を送信せずに得られる受信結果が、測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで得られるＮ個の受信結果の和に対して極めて小さい場合には、ＳＩＲ値への影響が小さいため、その（Ｎ−１）倍をＮ個の受信結果の和から差し引かなくてもよい。尚、このような場合を除き、測距信号を送信せずに得られる受信結果の（Ｎ−１）倍がＮ個の受信結果の和から差し引かれる。いずれの場合も、適切な妨害波成分が得られるため、ＳＩＲを正確に算出するのに有利となる。
【００１１】
上記伝搬距離推定装置について、前記距離推定部は、前記相関演算部が乗算した乗算結果から前記妨害波成分を選択的に差し引くことで、前記信号成分を算出することとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、妨害波成分が信号成分に対して極めて小さい場合には、ＳＩＲ値への影響が小さいため、それを信号成分から差し引かなくてもよい。尚、このような場合を除き、妨害波成分が信号成分から差し引かれる。いずれの場合も、適切な信号成分が得られるため、ＳＩＲを正確に算出するのに有利となる。
【００１３】
上記伝搬距離推定装置について、前記距離推定部は、前記測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで得られるＮ個の受信結果の和から、前記測距信号を送信せずに得られる受信結果の（Ｎ−１）倍を差し引くことで、前記妨害波成分を算出するとともに、前記相関演算部が乗算した乗算結果から前記妨害波成分を差し引くことで、前記信号成分を算出し、さらに前記信号成分の２乗を前記妨害波成分の２乗で割ることにより、前記信号成分に対する前記妨害波成分の大きさを算出することとしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、測距信号の各周波数成分を１波ずつ送信することで、ＳＩＲを正確に算出できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、クロック誤差対応アルゴリズムを採用した際にＳＩＲを算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】伝搬距離推定装置の構成を示すブロック図。
【図２】周波数と位相回転量との関係を用いた距離推定の原理を示す特性図。
【図３】測距信号とその複素共役との周波数スペクトル図。
【図４】測距信号とその複素共役とを乗算した後の周波数スペクトル図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、伝搬距離推定装置の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、基地局１及び端末２には、これら２者間の電波送信にかかる距離（伝搬距離ｄ）を推定する伝搬距離推定装置３が設けられている。伝搬距離推定装置３は、例えば電子キーのキー照合を無線によって行う電子キーシステムに搭載されている。この場合、電子キーシステムは、基地局１及び端末２の間で仮にＩＤ照合が成立していても、伝搬距離推定装置３によって求まる伝搬距離ｄが閾値以上であれば、不正通信の可能性が高いとして、ＩＤ照合成立を不許可とする。
【００１８】
基地局１は、各々異なる周波数の無変調連続波（ＣＷ波）として複素信号gn(p)を出力する複数の発振器４（例えばＮ個）を備える。各周波数の複素信号gn(p)は、「ｎ」が「１」〜「Ｎ」をとり、信号成分として実部及び虚部を有する。尚、「ｎ」は、何番目の周波数かを表す数であり、「Ｎ」は、使用する周波数の総数であり、「ｐ」は離散時間である。
【００１９】
基地局１は、発振器４から入力する各複素信号gn(p)から実部を取り出す実数取出部５を備える。実数取出部５は、複素信号gn(p)からの実部の取り出しにより、信号real(gn(p))を出力する。尚、real(・)は、複素数から実数を取り出す関数を示す。
【００２０】
基地局１は、実数取出部５から出力された信号real(gn(p))を加算する加算器６と、加算器６から出力される合成信号real(G(p))をＤ／Ａ変換するＤ／Ａコンバータ７とを備える。基地局１は、Ｄ／Ａ変換後の合成信号real(G(q))と局部発振器８から入力する発振信号とを乗算するミキサ９と、乗算後の信号をフィルタリングするバンドパスフィルタ１０と、バンドパスフィルタ１０を通過した合成信号を測距信号real(G(q))cos(ωq)として送信する送信アンテナ１１とを備える。尚、「G(p)」及び「G(q)」は、合成された複素信号であり、「q」は、連続時間である。
【００２１】
端末２は、基地局１から送信された測距信号real(G(q))cos(ωq)を伝搬時間q0分遅れた信号で受信する受信アンテナ１２と、この受信信号real(G(q−q0))cos(ωq)をフィルタリングするバンドパスフィルタ１３とを備える。端末２は、バンドパスフィルタ１３を通過した信号と局部発振器１４から入力する発振信号とを乗算するミキサ１５と、乗算後の信号をフィルタリングするローパスフィルタ１６と、ローパスフィルタ１６を通過した受信信号real(G(q−q0))をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１７とを備える。
【００２２】
端末２は、Ａ／Ｄコンバータ１７から入力する受信信号real(G(p−q0))を基に端末２を作動させる信号処理部１８を備える。信号処理部１８は、基地局１から受信信号real(G(q−q0))cos(ωq)を受信したとき、この受信信号real(G(q−q0))cos(ωq)を基地局１に返信する動作を実行する。
【００２３】
端末２は、電波返信時において信号処理部１８から入力する信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａコンバータ１９と、Ｄ／Ａ変換後の信号と局部発振器２０から入力する発振信号とを乗算するミキサ２１とを備える。端末２は、乗算後の信号をフィルタリングするバンドパスフィルタ２２と、バンドパスフィルタ２２を通過した信号を測距信号real(G(q−q0))cos(ωq)として送信する送信アンテナ２３とを備える。
【００２４】
基地局１は、端末２から送信された測距信号real(G(q−q0))cos(ωq)を伝搬時間q0分遅れた信号で受信する受信アンテナ２４を備える。基地局１は、受信アンテナ２４の後段の一方の経路に、バンドパスフィルタ２５、局部発振器２６、ミキサ２７、ローパスフィルタ２８及びＡ／Ｄコンバータ２９を備える。バンドパスフィルタ２５は、受信アンテナ２４が受信した測距信号real(G(q−2q0))cos(ωq)をフィルタリングする。ミキサ２７は、バンドパスフィルタ２５を通過した信号と局部発振器２６から入力する発振信号とを乗算する。ローパスフィルタ２８は、ミキサ２７で合成された信号のうち低い周波数のみ通過させる。Ａ／Ｄコンバータ２９は、ローパスフィルタ２８を通過した測距信号real(G(q−2q0))をＡ／Ｄ変換して、測距信号real(G(p−2q0))を出力する。
【００２５】
基地局１は、受信アンテナ２４の後段の他方の経路に、バンドパスフィルタ３０、移相器３１、ミキサ３２、ローパスフィルタ３３及びＡ／Ｄコンバータ３４を備える。バンドパスフィルタ３０は、受信アンテナ２４が受信した測距信号real(G(q−2q0))cos(ωq)をフィルタリングする。ミキサ３２は、バンドパスフィルタ３０を通過した信号と、局部発振器２６から出力される発振信号を移相器３１によって９０°位相を遅らせた信号とを乗算する。ローパスフィルタ３３は、ミキサ３２で合成された信号のうち、低い周波数のみ通過させる。Ａ／Ｄコンバータ３４は、ローパスフィルタ３３を通過した信号をＡ／Ｄ変換して、測距信号img(G(p−2q0))を出力する。尚、img(・)は、複素数から虚部を取り出す関数を示す。
【００２６】
基地局１は、実部及び虚部から複素信号を算出する複素化部３５を備える。複素化部３５は、Ａ／Ｄコンバータ２９から入力する測距信号real(G(p−2q0))とＡ／Ｄコンバータ３４から入力する測距信号img(G(p−2q0))とを基に、複素信号G(p−2q0)を算出する。
【００２７】
基地局１は、基地局１及び端末２の間の電波の伝搬距離ｄを推定する一連の処理を実行する相関演算部４０及び距離推定部４１を備える。相関演算部４０は、基地局１が受信した測距信号real(G(q−2q0))cos(ωq)と、当該測距信号real(G(q−2q0))cos(ωq)の複素共役とを乗算し、その乗算結果に対し相関演算を行って、乗算結果の各周波数成分を抽出する。距離推定部４１は、相関演算部４０が抽出した各周波数成分の位相から伝搬距離ｄを推定する。
【００２８】
図２に示すように、伝搬距離ｄの推定に際し、基地局１は、現在送信している測距信号と、受信した測距信号との間に生じている位相回転量を周波数毎に求め、さらに隣り合う周波数における位相回転量の差を求める。周波数と位相回転量との関係における傾きが測距信号の遅延時間（2q0）を示すため、遅延時間に公知の光速ｃを乗じることで伝搬距離ｄを算出しつつ、基地局１から端末２までの距離（ｄ／２）を推定することが可能となる。そして、伝搬距離ｄが閾値未満の場合にドア施開錠やエンジン始動を許可し、伝搬距離ｄが閾値以上の場合にドア施開錠やエンジン始動を不許可とする。
【００２９】
次に、伝搬距離推定装置３の作用について説明する。
まず、基地局１及び端末２の間にクロック誤差がない場合を想定したクロック誤差非対応アルゴリズムを比較例として考察する。
【００３０】
前提として、測距信号は周波数の異なるＮ個のサイン波を合成した信号であり、これを基地局１から端末２に無線で送信し、端末２はこれをそのまま送り返し、基地局１は測距信号を受信する。このとき、基地局１が現在送信している測距信号と、受信した測距信号との間に生じている位相回転量を周波数毎に求め、さらに隣り合う周波数における位相回転量の差を求めることで伝搬距離ｄを算出する。
【００３１】
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【００３２】
【数１】
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【００３３】
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【００３４】
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【００３５】
【数２】
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【００３６】
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【００３７】
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【００３８】
【数３】
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【００３９】
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【００４０】
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【００４１】
【数４】
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【００４２】
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【００４３】
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【００４４】
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【００４５】
【数５】
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【００４６】
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【００４７】
【数６】
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【００４８】
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【００４９】
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【００５０】
【数７】
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【００５１】
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【００５２】
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【００５３】
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【００５４】
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【００５５】
【数８】
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【００５６】
上記［数８］のように、周波数の異なるＮ個のサイン波を合成した信号を送受信することで、伝搬距離ｄを推定することが可能となる。
【００５７】
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【００５８】
【数９】
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【００５９】
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【００６０】
ＳＩＲは、分母を妨害波成分、分子を信号成分として、［数１０］のように求めることができる。
【００６１】
【数１０】
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【００６２】
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【００６３】
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【００６４】
【数１１】
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【００６５】
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【００６６】
【数１２】
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【００６７】
2019100816.tif 000037
【００６８】
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【００６９】
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【００７０】
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【００７１】
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【００７２】
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【００７３】
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【００７４】
・ＳＩＲ算出式は［数１０］に限定されない。［数１０］の分母と分子を入れ替えてもよい。或いは信号成分と妨害波成分の累乗のべきの指数は１又は３以上であってもよい。尚、信号成分と妨害波成分の累乗のべきの指数は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、信号成分と妨害波成分に同一又は異なる係数を乗算してもよい。
【００７５】
・伝搬距離推定装置３の回路構成、すなわち基地局１や端末２の回路構成は、実施形態に述べた構成に限らず、他に変更可能である。
・伝搬距離ｄを電波の位相から推定する演算は、例えばＭＵＳＩＣ法など、種々の方式が採用可能である。
【００７６】
・伝搬距離推定装置３は、電子キーシステムに搭載されることに限定されず、他のシステムや機器に適用可能である。
・連続波は、複素信号として取り扱われることに限定されず、種々の方式が採用可能である。
【００７７】
・連続波は、それぞれの周波数が重なり合わなければ、無変調波に限らず、種々の変調が施された信号としてもよい。
・連続波は、送信の開始から終了まで全て連続する信号である必要はなく、断続的な信号でもよい。
【００７８】
・端末２の信号処理部１８では、基地局１と既知の方法で信号処理が実施されてもよい。これにより、例えば中継器が伝搬距離測定用の信号を基地局１へ直接送信することで伝搬距離ｄを偽装するという手法を防止することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１…基地局、２…端末、３…伝搬距離推定装置、４…発振器、５…実数取出部、６…加算器、７…Ｄ／Ａコンバータ、８…局部発振器、９…ミキサ、１０…バンドパスフィルタ、１１…送信アンテナ、１２…受信アンテナ、１３…バンドパスフィルタ、１４…局部発振器、１５…ミキサ、１６…ローパスフィルタ、１７…Ａ／Ｄコンバータ、１８…信号処理部、１９…Ｄ／Ａコンバータ、２０…局部発振器、２１…ミキサ、２２…バンドパスフィルタ、２３…送信アンテナ、２４…受信アンテナ、２５…バンドパスフィルタ、２６…局部発振器、２７…ミキサ、２８…ローパスフィルタ、２９…Ａ／Ｄコンバータ、３０…バンドパスフィルタ、３１…移相器、３２…ミキサ、３３…ローパスフィルタ、３４…Ａ／Ｄコンバータ、３５…複素化部、４０…相関演算部、４１…距離推定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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