北斗卫星地球辐射压摄动建模研究

在对卫星所受的非保守摄动力研究中,对太阳辐射压摄动建模的研究发展迅速,而对地球辐射压摄动的研究相对缺乏,特别是其对中高轨卫星轨道影响的研究。在高精度人造卫星轨道确定中,地球辐射压摄动对于具有大面质比的导航卫星的影响越来越不可忽略。针对中国北斗导航卫星,基于地球辐射压的原理和影响机制,探讨了地球辐射压摄动建模的方法。针对北斗导航系统特点,利用地球表层的反照率和红外发射率的分布格网数据,建立了精确的地球辐射压模型,并利用全球MGEX站观测数据和中国区域监测站数据,进行了对北斗卫星引入地球辐射压模型的验证试验,分析了其定轨精度,检验了模型的正确性和可靠性。试验表明,对北斗卫星来说,在加入地球辐射压模型ERPM2(Earth radiation pressure model 2)后,轨道精度比不加入地球辐射压模型提高约4 mm;加入ERPM1模型则相应提高约2 mm。对部分卫星,加入地球辐射压模型后,其轨道精度修正量可达5～10 mm。通过卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)检核发现,加入ERPM2模型后,北斗中轨道地球卫星正常姿态时的轨道径向精度提高3.1 cm,GPS 036卫星轨道径向精度改善0.8～1.4 cm。因此,地球辐射压摄动模型在北斗导航卫星高精度轨道确定研究中具有一定的意义。     

北斗混合星座分层约束下的精密定轨方法

针对北斗导航卫星系统首创的GEO+IGSO+MEO混合星座设计,本文研究了根据不同星座,采取不同约束条件和数据处理策略的北斗卫星精密定轨方法,提出了一种针对北斗系统混合星座的分层约束精密定轨方案。该方案首先将北斗卫星分为非GEO(IGSO/MEO)和GEO两部分进行解算,利用GPS解算的公共参数对北斗IGSO/MEO精密定轨形成有效约束,然后固定GPS和北斗IGSO/MEO解算结果,最后单独对北斗GEO卫星进行强约束下的轨道解算。利用实测数据进行了精密定轨试验,试验结果表明:采用本文提出的方法,北斗GEO卫星和非GEO卫星三维重叠弧段轨道精度分别为0.688 m和0.042 m,比传统方法分别提高了54.2%和72.4%。另外,采用激光测距检核和测站坐标静态精密单点定位的方法对轨道精度进行了验证,激光检核精度提高了44.3%,测站坐标在水平和高程方向上精度分别平均提升了21.5%和20.7%。     

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定超细粒度岩石和土壤样品中的稀土元素

应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析岩石和土壤样品中稀土元素的含量,取样量可低至数毫克级,但200目样品粒度要求分析取样100mg才能保证代表性,导致ICP-MS灵敏度高、取样量小的优势难以得到充分发挥。本文研究了研磨方式、研磨时间、物料比对超细粒度土壤和岩石样品制备的影响,结果表明采用乙醇作为分散剂进行湿法球磨,200目粒度的土壤、岩石样品分别研磨10min和15min,土壤样品的物料比采用物料7g、研磨球500个、分散剂45mL,岩石样品的物料比选取物料5g、研磨球500个、分散剂45mL,细化程度最佳。在此条件下制备的超细粒度土壤标准物质GBW07404、GBW07447的粒径分布D_(95)可低至7.51μm、7.05μm,超细粒度岩石标准物质GBW07104、GBW07121的D_(95)可低至8.42μm、8.30μm。在硝酸-氢氟酸-过氧化氢酸溶体系中微波消解处理超细粒度岩石标准物质GBW07104,取样量减少至5mg,总用酸量减少至0.25mL,消解时间降低为25min,稀土元素的测定值与认定值基本一致,相对标准偏差在1.64%～5.21%之间。该方法用于分析其他超细粒度标准物质(GBW07404、GBW07447和GBW07121)中的稀土元素,相对误差为0.17%～6.60%,满足《地质矿产实验室测试质量管理规范》的一级标准。     

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定海泡石中的稀土元素

海泡石是一种纤维状含水的富镁硅酸盐黏土矿,其中的稀土元素含量在1×10~(-7)～1×10~(-5)之间,目前还没有建立海泡石中稀土元素的国家标准分析方法。测定岩石中的稀土元素主要是采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),样品前处理一般采用封闭溶矿和碱熔,但这两种处理方法耗时较长,效率不高。本文通过比较硝酸-氢氟酸-过氧化氢、硝酸-氢氟酸、硝酸-过氧化氢三种样品前处理方法,确定使用硝酸-氢氟酸溶矿,然后进行微波消解同时赶去氢氟酸,避免氢氟酸与稀土元素生成难溶的氟化物,再采用ICP-MS法测定15种稀土元素的含量。由于海泡石中的镁含量较高,为降低基体效应,以~(103)Rh和~(185)Re作内标补偿基体效应和校正灵敏度漂移,各元素测定值的准确性显著提高,回收率为91. 2%～110. 9%,检出限为0. 002～0. 011μg/L,精密度≤2. 79%。本方法与封闭酸溶ICP-MS法的分析结果吻合较好,且用酸量少(7 mL),溶矿效率高(1 h),检出限更低。     

应用激光拉曼光谱研究锆石LA-ICP-MSU-Pb定年中的α通量基体效应

α通量基体效应是由标准锆石与样品锆石之间的晶体损伤(以α通量表示)不同引起的激光剥蚀速率和坑下分馏行为的差异,已被证实是导致锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果存在系统偏倚的重要原因。α通量越高,剥蚀速率越快,坑下分馏越明显,然而α通量基体效应的校正尚未引起足够的重视。本文采用激光拉曼光谱和LA-ICP-MS对八达岭花岗杂岩样品进行研究,结果表明:实际α通量(D_α~P)≤0.75×1018g-1的锆石样品,蜕晶化程度较弱,其定年结果存在的α通量基体效应可以忽略;D_α~P0.75×1018g~(-1)的锆石样品,蜕晶化程度较高,其定年结果受α通量基体效应的影响明显,依据年龄差-D_α~P经验方程如y=347.8×exp(0.260×10~(-15)x)进行校正可获得准确的年龄结果。本研究认为:采用激光拉曼光谱和半高宽(FWHM)-D_α~P校准曲线获得目标锆石D_α~P,利用年龄差-D_α~P经验方程估计LA-ICP-MS系统偏倚,是校正α通量基体效应的可行途径。     

常压密闭微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定锑矿石中的锑

采用王水溶解锑矿石常出现溶矿不彻底、提取过程中锑水解的问题,导致测定结果偏低;虽然原子荧光光谱法广泛应用于锑的测定,但是该方法由于仪器线性范围窄,对于高含量锑(5%)的测定容易引入较大稀释误差。本文对样品采用氢氟酸-硝酸-盐酸混合酸溶后,在提取过程中加入酒石酸与锑络合,充分抑制了锑的水解。实验结果表明:采用氢氟酸、硝酸、盐酸混合酸体系的溶矿方式,能够有效分解矿石中的硅酸盐组分,使溶解更加彻底,锑的测定结果优于王水溶矿,且检出限更低(1.10μg/g);通过酒石酸与锑的络合及盐酸对锑水解的抑制,锑的测定结果优于王水介质及盐酸介质的结果,且方法精密度(RSD,n=6)为0.11%～1.11%,较其他介质更稳定。在ICP-OES分析中通过对锑元素分析谱线的优选,可以获得更宽的线性范围,从而实现了对较高含量锑的准确测定。本方法能快速、有效溶解锑矿石并避免锑元素水解,经国家一级标物验证,所得结果与认定值相符,适用于分析锑矿石中含量范围在0.7%～40%的锑。     

模糊度固定的北斗卫星多系统融合精密轨道确定

利用全球分布的IGS和MGEX站多模观测数据,研究了北斗卫星多系统融合双差动力学精密定轨方法,提出了适应北斗系统的双差模糊度固定策略。结合实测数据,对比了单系统与多系统融合、模糊度固定解与浮点解的定轨效果。结果表明：相比单系统定轨,多系统融合定轨能有效改进IGSO和MEO卫星轨道精度,但对于GEO卫星,多系统融合定轨并无优势;利用改进的模糊度固定策略对IGSO和MEO卫星双差模糊度进行固定,有效提高了长基线模糊度固定率,整体固定成功率由40%提高到60%以上;模糊度固定对定轨精度改进作用明显,IGSO和MEO卫星三维定轨精度分别提高了48%和36%,达到0.048 m和0.066 m。     

高压密闭消解-电感耦合等离子体质谱法测定锰矿石中的稀土元素前处理方法研究

高压密闭消解因称样量小、用酸量少、空白低等优点成为测定稀土元素前处理的主要方法。但锰矿石组分复杂,锰含量差别较大且具有多种不同价态,常含有伴(共)生金属和其他杂质,该方法采用常规酸溶体系很难将其消解完全,造成ICP-MS测试结果不准确。本文从样品前处理消解效果出发,选择锰矿石标准物质GBW07261、GBW07263、GBW07266和一个锰矿石样品,试验了三种酸溶前处理方法对锰矿石稀土元素测试的影响。结果表明:方法一(氢氟酸-硝酸密闭消解,硝酸复溶提取)不能将锰矿石样品完全消解,测定值偏低0. 28%～61. 31%;方法二(氢氟酸-硝酸-双氧水密闭消解,硝酸-双氧水复溶,硝酸提取)和方法三(氢氟酸-硝酸密闭消解,盐酸复溶,硝酸提取)均可将锰矿石样品消解完全,用ICP-MS测定稀土元素的数据较为接近,与传统的过氧化钠熔融ICP-MS法测定值吻合。但实验过程中发现对于锰含量较高的样品,方法三需多次重复加入盐酸复溶后方可将样品消解完全,而方法二复溶一次即可。因此,方法二对锰矿石样品的消解效率更高,精密度好(0. 96%～2. 68%),加标回收率在95. 0%～107. 0%之间,更适用于锰矿石中稀土元素的分析。     

硼酸溶液敞口酸溶-电感耦合等离子体质谱法测定萤石中稀土元素

萤石中稀土元素的研究对揭示成矿物质来源、成矿流体的性质和矿床成因均具有十分重要的意义。传统的过氧化钠碱熔-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析方法可以解决萤石中稀土元素的测定问题,但过氧化钠提纯难度高,过程繁杂,不宜大量样品的处理,且待测溶液总盐度大易产生基体干扰等;常规的酸溶法因使用的试剂一般为硝酸和氢氟酸,这些酸均不与萤石的主要成分氟化钙发生反应而很少应用。本文基于氟化钙能溶于硫酸和硼酸,采用硼酸溶液(10%硫酸和25%盐酸介质)和氢氟酸处理样品,硝酸提取,引入103Rh和185Re双内标,建立了硼酸溶液敞口酸溶ICP-MS测定萤石中稀土元素的分析方法。相比于传统的过氧化钠碱熔方法,本方法采用的试剂纯度高,可以有效地降低空白,方法检出限为0.002~0.016μg/g,低于过氧化钠碱熔方法的检出限(0.006~0.058μg/g),回收率在94.0%~107.6%之间,方法精密度(RSD)为0.7%~2.7%。本方法配制的硼酸溶液能够有效地与萤石反应,可充分分解萤石样品,简化了样品处理流程,有效地控制了稀土元素的损失,数据可靠性高,适用于大量萤石样品的稀土元素分析。     

粉末压片制样-X射线荧光光谱法测定锂云母中的高含量氟

锂云母中的氟含量很高(1. 36%～8. 71%),在焙烧锂云母矿物时锂的浸出率随着含氟量的增加而逐步下降,随着锂云母脱氟率的提高,锂的浸出率也相应提高,准确测定锂云母中的氟、控制氟含量可为确定焙烧过程的工艺条件、设备参数及成本提供依据。目前氟的测定主要采用离子选择电极法,但过程复杂、分析时间长且空白值高。本文采用粉末直接压片制样X射线荧光光谱法测定锂云母中的氟,氟的检出限为46±4μg/g。将锂矿石标准物质和人工配制校准物质制成工作曲线,经验系数校正基体效应和谱线干扰,方法精密度(RSD,n=10)为1. 03%。采用本法分析由标准样品合成的样品,测定值与理论值吻合良好;用实际样品验证,测定结果与离子选择电极法的测定值相符。本法适用于分析锂云母中0. 68%～9. 14%的氟。