自主导航是提高航天器自主运行能力的关键,是制约我国航天事业发展的主要瓶颈技术之一。论文以提高航天器的自主导航能力这一重大需求为牵引,围绕X射线脉冲星导航中尚未解决的关键技术问题,系统地研究了基于X射线脉冲星导航的原理与方法、守时与同步定位/守时问题、组合导航问题及星表位置误差估计问题,发展了X射线脉冲星导航半实物仿真技术。全文主要研究成果如下:研究了X射线脉冲星导航的原理、模型和算法。1)在X射线脉冲星导航原理研究基础上,建立了导航相关数学模型,分析了脉冲星信号特征、探测器性能、观测时间和背景噪声等因素对脉冲到达时间测量精度的影响;2)研究了基于EKF和UKF的脉冲星导航滤波算法,对X射线脉冲星的导航精度进行了数值分析,研究了TOA估计精度、星载时钟钟差、航天器机动和星表方位误差等因素对导航精度的影响。研究并提出了基于X射线脉冲星的自主守时及同步定位/守时的理论、模型和算法。1)研究了基于X射线脉冲星的自主守时原理并建立了相关数学模型,提出基于卡尔曼滤波和样条滤波的守时算法;2)采用线性系统可观性秩条件判据从理论上证明了基于单脉冲星守时的系统是可观的,分析了不同因素对单星守时精度的影响;3)提出一种基于X射线脉冲星进行同步定位/守时的方法并建立了相关数学模型,设计了系统初步方案,采用非线性系统可观性秩条件判据从理论上证明了该同步定位/守时系统的可观性。深入研究了X射线脉冲星/SINS组合导航方法。1)根据X射线脉冲星导航特点和惯性导航优势,设计了X射线脉冲星/惯性简单组合、松耦合组合和紧耦合组合导航方案,给出了各组合导航方案下的系统工作流程;2)基于间接组合滤波方案,建立了X射线脉冲星/SINS紧组合数学模型;3)提出一种X射线脉冲星/SINS组合导航中的钟差修正方法,采用PWCS可观性分析方法验证了所建立系统的可观性;4)以两冲量霍曼转移轨道、Lambert三冲量和四冲量机动变轨轨道为例,分析了X射线脉冲星/SINS组合导航在典型机动轨道中应用的可行性。研究并提出了X射线脉冲星位置误差估计理论、模型和算法。1)针对目前导航中常使用的最小二乘、递推最小二乘和卡尔曼滤波算法,推导了脉冲星位置误差对以上几种导航算法状态估计影响的解析表达式;2)在已知卫星位置信息情况下,提出一种X射线脉冲星星表位置误差估计方法;3)针对星表位置误差为常值和星表误差存在漂移两种不同情况,分别建立了基于CP和CV模型的星表误差估计数学模型,采用PWCS可观性分析方法证明了所建立模型的可观性。发展了X射线脉冲星导航半实物仿真技术。1)提出一种X射线脉冲星信号地面模拟方法,设计并研制了国内首套X射线脉冲星导航半实物仿真系统,该系统具有探测器性能测试、TOA估计算法和导航算法验证等功能;2)基于所研制的半实物仿真系统开展了射线源稳定性试验、不同观测时间和流量的波形恢复试验以及TOA估计算法验证试验,试验结果对X射线脉冲星自主导航研究的可行性验证、系统特性测试和工程应用具有一定的参考价值。论文以导航基本理论为基础,研究了X射线脉冲星导航的理论、方法和半实物仿真技术,梳理并展望了X射线脉冲星导航下一步需要解决的技术问题,研究工作为我国X射线脉冲星导航技术的发展奠定了一定的理论基础,能够为X射线脉冲星导航空间飞行试验的开展提供技术支持。