随着铁路领域运输需求的快速增长,列车运行控制系统的智能化、自主化是未来发展方向。为提高列车运行效率、减少轨旁设备,由全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)构成的列车定位单元,是实现车载自主化定位的关键技术。铁路领域对安全性要求较高,基于卫星的列车定位单元需要进行现场运用试验或仿真模拟试验,对其适用性、可用性性能评估。基于卫星的列车定位单元在现场运用试验中存在极端场景复现难,卫星导航信号现场测试可控性差,试验成本高等问题。因此,开展仿真模拟试验,研究并开发GNSS列车定位性能仿真评估软件(Simulation-based GNSS Train Localization Performance Evaluation,Si GTE),对列车定位单元性能进行评估,可有效推进卫星定位技术在铁路领域应用。论文主要研究内容包括:(1)研究了面向三维轨迹的列车运行仿真及卫星导航信号传播关键参数生成方法。基于线路技术条件及列车动力学参数,提出了基于列车运行工况转换及轨道电子地图辅助的列车三维坐标映射、轨迹生成方法。基于Canny图像边缘特征提取算法,计算环境场景的仰角截止角,生成了卫星可见性参数。(2)研究了基于卫星的列车定位精度评估方法。按照GB/T 6379《测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)》的要求,利用东向及北向定位误差、圆概率误差、误差椭圆、马氏距离等4种精度评估方法对列车卫星定位的结果进行了评估分析。(3)设计并开发了GNSS列车定位性能仿真评估软件(Si GTE)。软件分为仿真场景参数生成模块、信息交互模块及卫星定位精度评估模块等3个模块。仿真场景参数模块生成列车运行轨迹、卫星信号功率及连续可调卫星可见性参数;信息交互模块接收列车轨迹、卫星信号控制参数发送至GNSS信号模拟器,控制GNSS信号模拟系统产生卫星射频信号;卫星定位精度评估模块接收列车定位单元输出数据,利用4种定位精度评估方法进行评估分析。本文基于沈阳西站-黑山北站78公里、玉珠峰站-纳赤台站130公里线路实测数据开展软件仿真功能及性能验证,Si GTE软件生成2个场景下列车运行和卫星导航信号传播参数,控制GNSS信号模拟系统对列车定位单元的定位精度进行了评估。评估结果表明,在卫星可见性较好的区域定位单元东向定位误差平均值为0.10 m,北向定位误差平均值为0.17 m,圆概率误差CEP50为0.85 m,1?误差椭圆长轴为0.79 m,马氏距离平均值为0.99 m,具有较高定位精度,符合仿真要求。图58幅,表23个,参考文献48篇。