在役钢轨受环境和巨大压力的影响,容易出现损伤,如果不能被及时发现和处理,会引发行车事故。针对这一问题,专家们提出了各种关于钢轨损伤检测的理论和实现方法,其中超声波断轨检测系统成为了研究热点,此系统的模块之间通常采用数传模块进行相互通信。本文提出在钢轨中利用超声波进行通信,实现超声波断轨检测系统在进行损伤检测的同时,相互通信,可以节约成本,增强系统的稳定性。本文在超声波断轨检测系统研究基础上,,对超声波通信的调制解调方式进行分析对比。首先通过频率扫描实验确定最佳激励频率范围,并根据频率范围和超声波换能器的特性确定超声波通信载波频率。然后在Simulink中基于多径衰减信道和换能器电学等效模型对2PSK、2ASK、2FSK三种调制解调方式进行仿真对比,并针对非相干解调存在的弊端采用了频号信息解调方式。最后基于ARM微控制器设计超声波通信调制解调电路,分为发射端和接收端两部分。发射端通过软件实现了信道编码和信号调制并通过全桥逆变电路和脉冲变压器对调制信号进行功率放大和升压,升压后的调制信号激励超声波换能器。解调端首先将接收信号通过程控放大电路、自动增益控制电路、带通滤波器、偏置电路进行预处理,然后通过ARM微控制器对信号进行采集,采用软件进行信号解调、信道解码和信号显示。完成软硬件设计后,首先在实验室对软硬件的各个模块进行了功能验证。然后搭建超声波通信平台进行整体功能验证。最后在铁路现场进行了大量的实验。经实验验证,钢轨超声波通信系统宜采用2PSK调制方式;非相干解调方式。系统的通信速率可达714bps,误码率是0.006。