轨道不平顺是引起轮轨动力作用的直接因素,是引起铁道车辆系统各部件振动的主要激励源,也是轨道系统维护的重要指标。因此,明确轨道状态,对车辆系统正向设计、运营车辆维护及轨道系统保养尤为重要。本文总结当前轨道检测及估计技术,实现基于自适应卡尔曼滤波的线路轨道谱反演及应用工作。主要研究工作如下:（1）详细介绍了基于卡尔曼滤波的轨道谱反演技术相关理论。首先依据线性系统理论,对动态系统状态空间描述进行研究,推导了状态空间方程的离散化方法,给出了系统能观性判别依据。其次,基于正交投影原理及线性最小均方误差递推估计准则对卡尔曼滤波思想进行了解释,推导了卡尔曼滤波算法公式。最后,通过引入自适应算法对卡尔曼滤波参数最优化及滤波发散问题进行改进;（2）应用自适应卡尔曼滤波技术对轨道谱反演方法展开研究。研究结果表明:相较于经典卡尔曼滤波,自适应卡尔曼滤波收敛更快,精度更高,很好地解决了滤波参数最优化问题。同时,以车辆系统状态响应为观测量,自适应卡尔曼滤波轨道谱反演方法对轨道不平顺、车辆多边形等轮轨激励的反演结果与真实值相关系数均在0.6以上,属于强相关关系,反演结果在高频段（>70 Hz）存在幅值差异;（3）对轨道谱反演方法在线路试验中的应用进行研究。研究结果表明:基于线路试验测点加速度信号可以实现线路轨道谱的反演估计。广3线轨道谱反演结果与实测不平顺具有相关性,反演结果较好地体现了钢轨波磨、轨接头等轨道特征激励;成贵线乐兴段反演轨道谱密度值在波长范围1～20 m间明显高于武广谱和美国五级谱,而在波长小于0.7 m范围内,反求谱密度值明显小于武广谱和美国五级谱,体现了各线路轨道激励差异性;（4）研究了轨道谱在车辆系统振动疲劳设计中的简单应用。结果表明:基于考虑车体柔性的刚柔耦合动力学模型,可以对车体动态薄弱位置进行识别,如牵引梁与枕梁连接焊缝、车门及车窗拐角等。以成贵线乐兴段反求谱为轨道激励,车体结构实际服役寿命预测较武广谱激励下更为准确,其中牵引梁与枕梁连接焊缝区域振动疲劳里程寿命为663万公里,在实际运营中需重点关注。