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近几年我国铁路交通发展势头迅猛,列车行驶的安全问题也逐渐引起了社会的高度关注。列车车载自动防护系统(ATP)核心功能是对列车进行安全防护,最大程度地为列车的行车安全提供保障。目前我国列车上使用的车载ATP系统绝大部分是国外的产品,国内一些公司的产品仍处在试验阶段,还没有满足安全完整性水平SIL4级要求并通过相关机构安全认证的应用于CTCS1级列控系统的车载ATP系统。本文针对CTCS1级列控车载ATP系统(C1ATP)分别从硬件结构和软件算法方面进行研究与设计,开发出了由劳氏认证机构评定的达到安全完整性水平SIL4级的CTCS1级列控车载ATP系统。本文的主要工作有：(1)在国内CTCS1级列控系统的结构分析基础上,针对C1ATP系统提出了模块化的整体设计方案,并对C1ATP系统的安全需求进行了分析。(2) C1ATP系统的硬件结构设计。提出了新型四重化并行表决结构,对其建立马尔可夫模型并进行仿真对比,论证了该结构具有较高的可靠度和安全度,并将这种结构应用于系统的安全控制器单元硬件开发。对系统硬件进行了整体结构设计,分析了硬件单元实现的功能,通过可靠性框图对系统进行了可靠性分配,采用二取二的设计方式提高了系统10单元的可靠性。(3) C1ATP系统的软件设计。对系统的关键功能模块——制动曲线模块和速度控制模块以及表决模块进行了软件开发,对制动过程的数学模型进行了研究,设计了基于模型的算法流程,通过当前速度与计算限速值的比较对列车进行监督和控制,实现了列车的速度控制与安全防护。(4) C1ATP系统的测试验证。通过对C1ATP系统冗余安全性、实时性以及速度防护等重要功能的测试,表明本课题研究设计的CTCS1级列控车载ATP系统能够完成列车的自动防护工作,有效地保障列车驾驶的行车安全。