脉冲星是一类具有超高压、超高温、超高密度、超强磁场和超强辐射的自然天体，能够周期性的辐射脉冲信号。其最显著的特点是自转快、周期稳定，可以作为计时与导航的基准，是当前时频建设与深空导航的研究热点之一。观测模型是脉冲星导航的理论基础。高精度观测模型是实现高精度导航的前提条件。由于脉冲星距离地球非常遥远，观测模型至少要在太阳系时空尺度上讨论，而广义相对论革新了传统的时空理论，因此，建立观测模型的关键问题之一是研究脉冲星导航中的相对论问题。总体上看，脉冲星导航的相对论问题可以概括为两方面，一是时空尺度转换，二是脉冲TOA归算。论文主要针对脉冲星导航的相对论问题开展研究，主要研究内容包括球对称与轴对称度规场中的相对论效应、单脉冲星导航模型、脉冲双星导航模型、脉冲星导航的误差源分析、脉冲星导航中的相对论时空基准。论文总结国内外在脉冲星计时和导航方面的理论研究和应用进展，简要介绍脉冲星观测中需要解决的相对论问题；介绍后牛顿理论和多参考系下的近似方法。推导参数化球对称度规场和Reissner-Nordstr m度规场中信号传播时间方程、光线偏转方程和近星点进动方程；推导Kerr度规场中信号传播方程和光线偏转方程。针对脉冲单星，完整推导1PN度规场中的TOA方程，在此基础上构建了1PN导航模型；分析比较两种不同观测模型的差异；推导顾及星体角动量和四极矩的高阶导航模型；考虑到近地飞行器的导航需求，初步提出了基于地心的导航模型。针对脉冲双星，论文基于ATNF数据库，分析脉冲双星分布、自转等基本属性；以BT模型为基础，推导牛顿力学下的计时模型，改进BT计时模型的参数拟合方案；推导双星导航模型，给出双星运动的后牛顿修正公式，分析子星自转对双星绕转轨道的后牛顿摄动。在推导导航模型的基础上，论文分析脉冲星导航的误差源。首先分析脉冲单星导航的误差源，包括脉冲星星表误差、行星历表误差、天体位置假定误差等，比较不同轨道类型飞行器的引力时延差异，分析太阳系内天体的四极矩和角动量引起的引力时延和太阳系行星的引力弯曲；其次分析脉冲双星导航的误差源，包括双星轨道参数的误差导致的时间误差、伴星对信号传播的引力时延、轨道参数的后牛顿修正、双星自转对轨道参数的摄动。论文介绍与脉冲星观测相关的相对论时空基准。包括相对论天球参考系和相对论时间系统的定义、实现及相互转换；推导1PN下的相对论时空转换表达式；推导不同轨道类型的星载时钟TOA转换表达式；初步探讨脉冲星TOA转换中的相关问题。论文的主要创新点有：1、考虑信号传播的引力弯曲效应，完整推导1PN形式下的导航模型，改正有关文献在推导过程存在的问题；顾及星体的自转和四极矩，推导2PN形式下的导航模型；考虑了近地飞行器的导航需求，提出将TOA转换到地心的导航思想，初步建立两个地心导航模型。2、改进BT双星计时模型的参数拟合方案；在牛顿力学下推导双星导航模型，修正双星运动轨道的后牛顿效应；3、通过数值计算，较全面的分析相对论框架下脉冲星导航的误差源对TOA观测的影响；4、针对不同的飞行器轨道类型，研究星载时钟的TOA转换方法。