列车在运行过程中，对钢轨挤压、摩擦、冲激，容易造成钢轨内部产生折断、裂纹和磨耗等伤损。我国存在大量过期服役的钢轨，令营运钢轨的状况质量越来越差，而长期繁重的铁路交通压力，极易令钢轨伤损进一步发展，甚至引起钢轨断裂造成恶劣的交通事故。为了减少铁路交通事故的可能，对线路钢轨的伤损检测和维护是尤为必要的。超声无损探伤技术的发展，为更好地实现这一目标带来可能。传统脉冲超声检测法存在菲涅尔区，近场区内检测容易引起缺陷损伤的误判和漏判，远场区检测存在能量的衰减和增加耦合难度和设备设计难度。宽带线性调频信号能克服近场区检测困难，同时具有良好的抗噪声抗多径提高信噪比的特点，本文将基于宽带线性调频信号的超声钢轨探伤展开研究。1.讨论了宽带调频超声声场的近场声压情况，论证了宽带线性调频超声近场区声场稳定、近似平均，在近场内检测时，缺陷回波质量提高，回波信号抗干扰能力增强，超声钢轨探伤的检出率和准确率得到一定的提高。并给出了根据待测物的厚度计算线性调频信号带宽和初始频率的办法。2.研究了线性调频信号回波信号的匹配滤波时延法并提出了基于分数阶傅里叶变换的时延估计法。基于线性调频信号在分数阶傅里叶变换域的聚焦性和分数阶傅里叶变换后呈冲激信号的特性，提出了根据分数阶傅里叶变换域谱峰的相关参数估算回波时延的方法。仿真结果证明，基于分数阶傅里叶变换域的时延估计法，能在低信噪比的情况下非常稳定地工作，检测具有高精度和可靠性，垂直定位估计误差不超过1mm，符合钢轨探伤工作标准。