我国西部还存在大量的单线、双线铁路,运行速度在160 km/h以下,其中部分线路还没有实现电气化。随着本地区经济发展水平的提升,需要对线路及其列控系统进行升级改造。列车定位技术是列控系统的两大核心技术之一,同目前基于差分卫星导航的列车定位相比,精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)具有不需要地面参考基站辅助等优势。论文以面向列控系统列车定位应用的精密单点定位技术为研究对象,在兼容既有系统的前提下,以列控系统中的列车定位精度、可用性和安全性需求为优化目标,结合精密单点定位精度高、收敛时间长等特点,研究精密单点定位技术在列车定位中的应用方案,保障列车定位的安全性和可用性,主要包括以下研究内容:(1)结合低密度线路对列车定位的需求,总结了基于卫星导航的列控系统定位性能指标,提出了基于精密单点定位的列车定位方案,为解决基于PPP的列车定位单元安全性评估问题,采用PDS方法对所设计的列车定位单元建模,定量分析了结构性约束和诊断覆盖率对列车定位单元安全完整性等级的影响。(2)为解决PPP在列车定位应用中面临的空间信号完好性和定位精度问题,提出了一种基于最大伪距残差的PPP空间信号观测量误差探测及修复算法,该方法通过对当前历元中最大伪距残差所在卫星观测量的伪距观测值进行降权处理,提高了空间信号观测量存在偏移误差情况下的定位精度,降低了使用PPP空间信号的完好性风险。试验结果表明,所提出的基于伪距降权的混合定权模型优于常用的定权方法和基于测量平均模型的误差探测方法,在无故障情况下定位精度至少提高9.6%,故障情况下定位精度至少提高14.8%;(3)为解决PPP在列车定位应用中面临的定位可用性和精度问题,提出了一种基于数字轨道地图(DTM)的PPP量测噪声方差自适应估计算法,该方法的提出提高了基于PPP/INS组合定位算法的定位精度,组合定位的引入提高了 PPP的定位可用性。仿真试验表明,采用提出的基于DTM的自适应估计算法,能够使PPP/INS EKF和PPP/INS EPF组合定位算法的定位精度达到较为理想水平。现场试验结果表明,当GNSS分别采用SPP、PPP和DGPS技术时,采用论文所提出的自适应估计算法后,GNSS/INSEPF同使用经验方差的滤波解算结果相比,定位误差分别减小了 58.6%、11.5%和47.6%。(4)为解决论文理论研究所涉及的PPP在列车定位应用中的观测权优化、组合定位算法优化等问题,设计并实现了基于精密单点定位技术的列车定位应用验证系统,实现了精密单点定位软件的集成开发和调试。借助实验室仿真设备,实现了对IMU和GNSS的数据仿真和模拟。为验证论文所提出算法的有效性,在北京铁科院环形试验线开展了现场试验,结果表明,提出的基于伪距降权的混合定权模型能够探测出观测量中的偏移误差,精度优于目前的定权模型。开展的组合定位算法现场试验表明,论文所提出的DTM辅助的GNSS/INS EPF滤波算法能够有效地自适应估计GNSS量测噪声方差,提高了滤波算法的定位精度。(5)为解决PPP在列车定位应用中面临的空间信号可用性分析问题,研究了PPP空间信号可用性预测和分析方法,提出了一种基于禁忌搜索的图像识别算法,该算法能够从图像中有效地识别可见的天空区域。试验表明,所提出的算法将可见天空识别为遮挡的误识率低于6.9%,将遮挡识别为可见天空的漏识率低于2.1%,并支持漏识风险的进一步降低。基于PPP的列车定位能够潜在地减少既有列控系统的轨旁设备,实现列车自主定位,为青藏线ITCS系统的国产化及扩能改造提供了技术储备,对我国下一代列控系统的研发提供了新的思路,具有重要的现实意义。