近些年来,我国的铁路和城市轨道交通建设发展得越来越迅速。对于铁路以及城市轨道交通而言,轨道是交通线路安全运行的基础,轨道状态的好坏在一定程度上直接决定了地铁和铁路运营的安全性、轨道设备的使用寿命、养护作业费用以及广大市民的乘车体验等因素,所以轨道状态的检测也越来越成为研究的热点问题。课题针对轨道不平顺所采用基于捷联惯导原理的轨道动态检测方案,研究了适用于20-40km/h速度参数下的轨道动态数据处理方法。在充分调研了当前国内、国外轨道检测设备的发展历程和现状的基础上,对捷联惯性技术测量在轨道检测中应用的可行性进行了较深入的研究。该检测方法采取捷联惯性测量原理,利用加速度传感器测得便携式小型轨道检查车在惯性空间内的三轴加速度,再利用陀螺仪传感器采集到的角加速度数据去不断地更新姿态矩阵,并将加速度三轴分量经过不断更新的姿态矩阵转化到导航坐标系中,最终对转化后的加速度进行积分运算获得便携式小型轨道检查车在三维空间的运动状况,以此来反映被测钢轨轨道的形变;辅助基于激光三角测量原理的轨距检测系统非接触式实时检测轨距变化情况,从而全方位的检测轨道状态几何不平顺状况;最后通过根据测量系统中轴角编码器、轨距测量仪所得出来的数据,对惯性测量得出的数据进行修正和补偿,提高检测精度,以达到实用化需要。本文的主要研究内容如下:(1)探讨了轨道不平顺问题的分类及检测方法,调研了当前国内、国外轨道检测设备的发展历程和现状,并根据项目需求提出本课题研究的对象和目标。(2)引入捷联惯性测量技术,设计捷联惯导系统的误差模型,包括速度和位置算法,速度误差和位置误差计算模型。建立了轨道几何形位的检测点三维坐标与轨道几何形位的计算模型,包括轨距理论计算,高低、轨向和超高(水平)与轨道几何形位检测点三维坐标的几何关系,建立了相应的轨道不平顺计算模型。(3)针对所给出的轨道不平顺检测系统的任务需求和参数指标,设计了轨检系统的总体方案,其中包括了便携式小型轨道检查车的车体机械设计、数据采集传感器的选定以及测量数据处理系统。(4)利用车载传感器系统,设计了系列轨道检测试验,对试验线轨道几何形位进行检测,用来评估本文提出的检测方法可行性和测量精度,并通过对比本检测系统的数据和标准轨道尺实测参考数据对比,分析了轨道不平顺测量结果的合理性和误差。研究结果表明:初步认为本文提出的检测方法和技术方案在轨道检测中能够起到良好的作用,本轨道状态检测系统可以用于测量轨道不平顺,能够进行进一步的研究和应用。