在人类向太空进军的历程中，导航技术的地位至关重要。但是现有导航技术均存在一定局限性，有鉴于此，本文对X射线脉冲星导航这一全新且具有显著优势的导航技术进行了系统研究。研究内容主要包括以下几个方面:　　研究了脉冲星到达时间(ToA)残差中时间噪声与周期跃变及其对X射线脉冲星导航精度的影响和处理措施。首先基于时间噪声频谱模型和最大似然估计，给出了时间噪声估计和预报最优化方法，并利用仿真数据和真实数据验证了该方法的有效性。基于Tempo2的仿真表明，即便是在时间噪声对导航精度影响并不明显的情况下，时间噪声预报对于获得正确导航结果误差棒仍然至关重要。进一步研究了时间噪声对X射线脉冲星导航精度的影响，证实时间噪声对导航精度的影响与ToA预报时间间隔、导航精度本身以及用于ToA时间模型分析的射电观测长度有关。　　重新选取了适于X射线脉冲星导航的脉冲星组合。本文选取的X射线脉冲星均具有长期射电观测;ToA残差中不含有时间噪声或者含有较弱的时间噪声;具有星上X射线望远镜获取的真实X射线脉冲观测。基于重新选取的脉冲星组合所进行的仿真研究表明，在ToA预报时间间隔较短的情况下，时间噪声对导航精度影响并不明显。　　研究了在时钟误差参数未知的情况下，如何削弱时钟误差对导航精度的影响。通过在状态方程中增加时钟误差项，可将最小二乘算法应用在时钟误差校正中;利用双差去除观测量中的时钟误差，并基于EKF对双差观测量进行滤波，可削弱时钟误差对导航精度的影响。仿真结果证明上述方法能在时钟误差参数未知的情况下，有效抑制时钟误差对导航精度的影响。　　研究了如何利用分时观测对航天器进行导航。通过将分时观测归一化到同一时刻，并利用最小二乘对归一化观测量进行拟合，可给出归一化时刻的导航结果。仿真结果表明，在分时观测情况下，航天器能利用X射线脉冲星进行有效导航。　　比较研究了滤波方法在X射线脉冲星导航中的应用。通过仿真比较了EKF在不同系统噪声和测量噪声参数下的收敛速度、计算精度以及计算效率;比较了加权和非加权最小二乘、迭代求解和直接求解最小二乘的有效性与精度;然后对EKF和最小二乘进行比较。仿真结果表明，和最小二乘相比，EKF在精度上并没有显著优势，却对噪声参数更为敏感;加权最小二乘通常能获得比非加权最小二乘更好的计算结果;和迭代求解最小二乘相比，直接求解最小二乘更容易失效。为了提高标准Unscented卡尔曼滤波(UKF)的计算效率，提出利用状态误差来代替状态进行采样，并通过仿真对改进前后UKF算法进行比较。仿真结果表明改进UKF和标准UKF精度一致，并能切实提高标准UKF的计算效率。　　为了仿真实现从X射线光子ToA产生到最终导航结果给出的整个过程，编写了完整的仿真验证软件。该软件具有以下功能:光子ToA模拟;脉冲折叠;脉冲互相关处理;获得太阳系质心(SSB)处太阳系质心坐标时(TCB)下测量ToA;获得SSB处TCB下预报ToA;计算测量ToA与预报ToA之间差值;以及导航结果给出。蒙特卡罗仿真验证了软件计算结果的正确性。