1970年,随着自由号(Uhuru)X射线卫星的发射,X射线天文学正式诞生。至今历经～40年的发展,X射线天文学取得了前所未有的丰硕成果。从其发展历程来看,仪器(望远镜、探测器)性能的扩展与提高往往是X射线天文学发展史上的里程碑。因此,本论文前半部分围绕我国两个X射线天文项目:硬X射线调制望远镜(HXMT)和伽马射线暴(Gamma-Ray Burst,GRB)偏振仪(POLAR),开展X射线天文仪器研究,内容包括仪器的设计建造和实验测试、仪器的物理性能模拟分析、仪器的标定研究以及望远镜观测仿真软件开发等方面,以期较为全面而深入地了解X射线天文仪器,为将来准确深入地理解、分析和解释仪器产生的数据打下基础。本论文的后半部分为数据分析,包括Swift/BAT(Burst Alert Telescope)望远镜的GRB数据分析,以及WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)卫星的宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background,CMB)数据分析。本论文的具体安排如下:　　 第一章为本论文的研究背景、研究意义以及总体概述；　　 第二至四章为HXMT的仪器研究。HXMT高能X射线望远镜(HXMT/HE)主探测器采用光电倍增管(PMT)读出方案,PMT的增益会受在轨地磁场的影响,如果不加以校正,将增加测量结果的误差。在第二章中,我们根据HXMT主探测器结构的限制,设计了磁屏蔽方案；本论文主要参与了磁屏蔽实验的设计、实施以及数据分析。通过该实验初步确定了HXMT主探测器的磁屏蔽方案。　　 除主探测器外,HXMT/HE还包含反符合探测器、在轨标定探测器、粒子监测器等辅助探测器。反符合探测器用于降低轨道环境的荷电粒子在主探测器上的本底；在轨标定探测器用于在轨期间标定主探测器的增益；粒子监测器可实时监测轨道环境荷电粒子的流强。在第二章中,根据HXMT的总体需求,本论文参与了上述探测器的方案设计及探测器建造,并主要负责反符合探测器和粒子监测器的性能测试和数据分析。通过实验测试验证了方案的可行性。　　 直接解调方法(Direct Demodulation Method,DDM)是HXMT/HE采用准直型探测器实现硬X波段高角分辨率成像的核心方法。在第三章中,本论文对DDM进行了模拟成像研究,验证了DDM的有效性。全天巡天成像是HXMT的核心科学目标之一,本论文对HXMT高能X射线望远镜(HE)、中能X射线望远镜(ME)和低能X射线望远镜(LE)的全天巡天灵敏度做了模拟分析,验证了HXMT科学目标的可行性。　　 望远镜的标定是望远镜设计建造完毕后最重要的测试工作,也是望远镜在轨运行期间最重要的观测内容之一。在第四章中,本论文根据HXMT的科学目标,主要负责制定了HXMT、HE、ME和LE的标定需求。特别对于准直器的点扩展函数(Point Spread Function,PSF)和视轴方向(boresight)的在轨标定,本论文主要负责制定了标定需求,设计了标定方案,并通过模拟研究验证了该方案的可行性。为了更准确地模拟HXMT在轨观测,便于制定在轨标定方案以及观测提案,本论文还主要负责了HXMT观测模拟器软件的总体设计及其光子产生模块的详细设计。　　 第五至六章为POLAR的仪器研究。POLAR是一台GRB偏振仪。GRB是当前高能天体物理研究的热点之一,偏振测量预期能在GRB辐射机制、磁场结构等方面提供大量信息,从而在能谱和光变信息之外提供强有力的观测证据。为优化POLAR的设计方案,验证其科学能力,在第五章中,本论文对其科学性能进行了广泛的模拟研究。根据模拟结果,优化了设计方案,并估计了在轨科学性能,从而验证了POLAR项目的可行性。　　 在POLAR原理样机(prototype)的研制中,需要一套多通道测试系统,用于POLAR探测器子系统的性能研究。在第六章中,本论文主要负责多通道测试系统的数据获取模块,并参与了前放模块的搭建。通过借鉴HXMT前放电路,以及巧妙使用实验室现有PCI信号采集卡,我们在短期内搭建了多通道测试系统,经实验测试,该系统基本满足POLAR探测器的测试需求。　　 第七章为Swift/BAT数据分析。BAT是一台硬X波段宽视场编码板成像望远镜,主要用于GRB的触发和快速定位。在BAT的标准处理软件尚未发布时,本论文尝试进行BAT GRB的数据处理,建立了一套数据处理流程和相应软件。通过比较光变曲线和能谱,初步验证了数据处理流程和软件的正确性。　　 第八章为WMAP数据分析。WMAP官方发布的CMB温度图中存在多种异常。本论文在前人工作基础上,建立了WMAP数据处理流程和软件,并深入研究了温度图中温度与观测次数相关(T-N相关)和环相关的性质,并发现WMAP官方发布的CMB温度图四极矩和八极矩异常的可能来源。　　 第九章为本论文的总结以及对未来工作的展望。