铁路电缆作为铁路系统信息传输及能量供应的载体,其可靠性是铁路安全问题中重要的一部分。由于铁路信号电缆埋于地下,日常养护和检修工作存在困难,电缆一旦发生故障会给列车安全带来很大影响。人工巡检不适用于地下电缆,容易带来人力的浪费。本文主要研究基于行波反射的电缆故障检测方法,采用单端检测方式定位铁路电缆的故障。本文结合电缆故障类型及电缆结构,建立了时域反射法(TDR)的仿真模型和实物平台,对行波反射法理论及应用方式进行研究,在此基础上进一步深入探究可在线检测的扩展频谱时域反射法(SSTDR)原理,对其入射信号、相关算法、特征指标等重要组成部分做出详细分析,为该方法的具体应用打下基础。其次本文在SSTDR理论基础上提出一些改进。首先通过在一次互相关运算基础上加入二次相关及广义二次相关,以改进时延算法;其次是在长距离测试中加入符号判决器。以上两种改进方法可以分别提高检测系统的抗噪声能力和反射信号相关峰辨识能力。本文同时还将三次样条插值引入SSTDR算法中,通过对反射相关峰的插值来增加其样本点数,以减小时延结果的误差。在不提升硬件设备性能或采样频率的条件下,能够提高故障测量结果的精确度。最后本文在MATLAB平台上搭建了SSTDR的仿真模型,进行多种信噪比情况下的仿真试验以验证上述算法,并得出反射峰辨识程度与采样时间及采样频率间的关系。在此基础上,搭建了基于FPGA的验证系统,完成了对8公里内不同长度故障电缆的多组测量。其结果表明,SSTDR能够实现对电缆故障的检测定位。图72幅,表4个,参考文献56篇。