轨道不平顺是产生列车振动的主要根源，对车辆轨道系统的安全和稳定性会造成潜在的风险。针对目前采用单个传感器较难达到对不同波段不平顺检测的问题，提出了一种基于构架姿态解算和未知输入观测器的轨道不平顺估计方法，通过多传感器测量车辆和转向架的动态响应来识别垂向和横向轨道不平顺。首先，分析了不同工况下构架位姿的运动特性以及轨道不平顺辨识的准确性，由超限位置的相关性可知轨道不平顺辨识方法可以准确地检测超限位置。其次，进行了实测轨道不平顺激励作用下的试验测试，通过与综合检测列车的轨道不平顺测量结果对比，表明该方法具有很好的准确性。因此，所提出的方法可以有效降低监视轨道基础设施的成本，同时可为后续轨道检测设备研发和工务养护维修等提供参考。