X射线脉冲星导航是一种新型的航天器自主天文导航方法,能够为近地轨道、深空探测和行星际飞行的航天器提供位置、速度、姿态和时间等丰富的导航信息,是目前卫星自主导航领域研究的热点。本文主要开展了基于X射线脉冲星的卫星自主导航算法的研究,以实现对卫星的精确自主导航。首先分析了利用X射线脉冲星进行航天器导航的科学基础。从导航应用的角度阐述了X射线脉冲星的自然属性,建立了将卫星处脉冲到达时间转换到太阳系质心处的高精度时间转换方程,分析了航天器导航用X射线探测器研制的可行性,为建立脉冲星导航系统提供了科学依据。研究了利用X射线脉冲星进行卫星几何定轨的技术。阐述了利用脉冲星的脉冲相位观测量确定卫星在惯性系下绝对位置的基本原理,研究采用最小二乘的方法确定整周模糊度和卫星的绝对位置,并在地球同步轨道上验证了该技术的可行性。研究了单脉冲星自主导航系统的可观测性问题。建立了系统的状态方程和量测方程,根据扩展卡尔曼滤波对系统模型进行线性化处理的特点,采用分段式定常系统的可观测性分析方法分析系统的可观测性;理论分析和仿真验证表明,该导航系统的可观测矩阵接近奇异,系统可观测性差,不能对卫星进行长期的轨道估计。最后研究了基于X射线脉冲星观测信息的卫星自主导航算法。提出了卫星轨道动力学与脉冲星观测信息组合的方案,建立了基于相位差分观测量的量测方程,结合轨道动力学方程,采用扩展卡尔曼滤波方法估计卫星的轨道。设计了脉冲星导航仿真分析系统,给出了仿真系统的模块结构和数据处理流程。仿真验证表明,该导航算法能够实现对卫星的精确自主导航。通过本文的研究,建立了脉冲星导航的基本原理和基本算法,并仿真分析了该导航技术能够达到的导航性能,对进一步的系统研究和工程试验具有重要的理论参考意义。