列车定位系统是保障行车安全、提高运输效率的核心,随着铁路高效化、智能化需求的不断上升,卫星导航技术的铁路应用成为了研究热点。全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）能够全天时向用户提供实时导航服务,特别地,随着我国北斗卫星导航系统（Bei Dou navigation satellite System,BDS）的全面建成,北斗辅助铁路升级成为了行业发展目标。为了满足日益增长的运输需求,提升北斗系统应用水平,丰富列车定位系统感知能力,亟需研究基于卫星导航的列车定位优化与评估技术。为此,本文考虑GNSS基础性能,从星座性能和空间信号性能两个角度别提出对应的优化方法。利用多星座定位手段提升GNSS星座覆盖性和可用性,借助卫星高精度量测优化定位系统精度,并结合接收机自主完好性监测（Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM）算法实现对GNSS空间信号性能的优化。为了估计卫星导航列车的可信位置,基于优化的定位方法实时计算定位误差指标,形成基于卫星导航的列车定位包络。本文的主要研究工作总结如下:（1）将多星座定位方法运用于列车定位中,研究GPS和北斗多星座联合的时空统一方法。针对卫星信号差异建立先验因子模型,考虑星座系统差异,提出了先验因子结合验后方差估计算法的多星座定位随机模型优化方法;（2）针对卫星导航系统伪距、载波相位和多普勒频移建立量测模型,研究双星座融合的卫星导航误差建模方法。以卡尔曼滤波算法为基础,建立钟差和钟漂模型,提出一种基于非差量测的列车定位测速方法,并针对不同量测组合的定位模型,提出基于能观性分析的评估验证方法;（3）考虑对卫星导航系统定位误差进行定量估计,参考现存的列车安全包络设计思路,针对GNSS基础性能需求,研究定位精度估计方法和RAIM算法,选用合适的保护等级计算方法,综合考虑水平定位误差指标和通信延迟等效距离,形成卫星导航列车定位包络的估计方法。本文设计并实施现场实验,分别对多星座定位随机模型优化以及基于非差量测的列车定位测速方法进行验证,并分场景、分层次的验证本文提出的列车定位包络。实验结果表明,多星座定位方法能够在优化卫星信号几何分布,提高定位系统精度的基础上,降低GNSS失效风险;本文提出的列车定位方法能够输出实时定位结果,水平方向定位误差小于4m,测速误差小于0.5m/s,有效提升了卫星导航系统的定位精度。相比于其他量测组合模型,本文提出的定位方法表现出最优系统能观度;同时,基于此模型设计的定位包络,能够包含水平定位误差,满足卫星导航接收机可用性需求,为铁路中列车定位技术的安全应用提供参考思路。图58幅,表26个,参考文献92篇。