随着高速铁路的快速发展,新型列车运行控制系统（Chinese Train Control System-New,CTCS-N）已经成为列控系统重要发展方向,全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）在铁路领域的应用成为了CTCS-N“车载中心化”定位的重要实现途径。由于铁路沿线环境复杂多变,卫星定位受环境影响可能出现较大误差,甚至定位功能失效。因此,研究基于卫星导航的列车定位误差水平、定位安全边界估计具有重要意义。本文首先分析基于卫星导航的列车定位单元失效致因,分配GNSS模块的失效率要求;接着,基于传统接收机自主完好性监测（Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM）算法,提出了基于最大偏差的完好性监测算法,并根据水平保护等级（Horizontal Protection Level,HPL）和水平定位误差（Horizontal Position Error,HPE）、水平告警门限（Horizontal Alert Limit,HAL）的关系确定系统完好性状态并计算危险未检测失效率。最后,提出了基于粒子滤波估计误差置信区间估计算法,由误差置信区间、水平保护等级共同组成了定位安全边界。本文的主要工作内容如下:（1）对基于卫星的列车定位单元（Location Determination System,LDS）基本架构进行了分析,依据基于信息流向的多系表决模型,按照顶事件、表决级、融合级、部件级的多级分层策略,采用故障树方法确定了定位功能失效的底层事件,并进行了定性和定量分析。使用可靠性框图（Reliability Block Diagram,RBD）对定位单元的失效率进行分解,分配了安全完整性等级SIL 4（Safety Integrity Level 4）的要求下GNSS模块失效率指标。（2）针对传统RAIM算法进行优化,提出了基于最大偏差的RAIM方法。基于分配的GNSS模块失效率和误警率,计算非中心卡方分布的非中心化参数,结合最大特征斜率和伪距测量误差标准差量化最大偏差;通过GNSS模块失效率和水平误差分布计算标量因子,基于该因子对代表水平误差不确定度进行放大,量化点位噪声。最大偏差和点位噪声的量化结果构成了优化水平保护等级。（3）提出了基于粒子滤波的误差置信区间估计算法。根据卫星定位的列车位置的预测、轨道信息和误差分布模型更新粒子权重,确定两个置信区域的中心和半径,取重叠部分构建误差置信区域,将其投影到沿轨道方向形成最终的误差置信区间,实现对列车沿轨道方向定位误差的保护。论文对基于卫星导航的列车定位单元进行了失效分析,确定了定位单元在“二乘二取二”的架构下满足SIL 4的要求,分配GNSS模块的危险未检测失效概率不高于9.21×10-4/h,采用京沈高铁试验线采集的实测数据和实验室仿真数据进行算法验证。实验结果证明,与传统HPL算法相比,本文提出的基于最大偏差的HPL算法能够及时识别定位中出现的阶跃故障和斜坡故障,在仿真环境中未出现误警和漏检事件。实测数据下,在开阔环境和路堑环境中,算法的误警率分别为0.01%和0.03%,未出现漏检事件。使用基于最大偏差的HPL算法的定位单元中,GNSS模块的危险未检测失效概率为2.02×10-5/h（故障诊断率为80%）,能够满足定位单元SIL 4的安全性要求。使用无故障的实测数据和人工注入故障的数据对本文提出的基于粒子滤波的误差置信区间估计算法进行验证,对沿轨道方向误差均能实现保护效果,符合设计预期。其与HPL组成的安全边界能够为列车卫星定位结果提供可靠的误差边界,保障列车定位的可信性。图74幅,表41个,参考文献75篇。