本论文工作涉及X射线天体物理学观测数据的分析处理和实验研究,包括数据处理方法研究、数据分析与物理模型研究和实验物理设计研究三个主要部分。硬度比是反映天体X射线辐射能谱信息的一个重要物理量。在论文的数据处理方法研究部分,针对低计数条件下数据处理的特殊性,提出了一种适用于低计数条件的估计硬度比的新方法。通过蒙特卡罗模拟,验证了新方法相对于传统方法在低计数条件时的优越性,并介绍和展望了新方法在X射线天体物理学上的应用。随后,在论文的数据分析与物理模型研究部分,对黑洞X射线双星系统XTE J1550-564在2000年的一次X射线辐射观测数据进行了分析研究。通过时变分析、能谱分析等手段,发现这个源的X射线辐射中存在着一般黑洞双星系统X射线辐射中很少见的毫秒量级光变和很软的能谱成份。同时,在这个源的同一次观测中还发现了一个长约100秒的耀发(flare)。基于对数据的分析,对吸积流上的物理过程和可能存在的大尺度磁场进行了讨论,提出了一个模型来解释这些观测现象。论文的实验研究部分主要针对我国正在进行的大型X射线天文实验工程项目——硬X射线调制望远镜HXMT的物理设计。在轨本底是HXMT的重要参数,直接影响卫星的主要科学性能。本文通过蒙特卡罗模拟的方法,对卫星高能探测器的在轨本底进行了分析计算,给出了本底分析结果。在此基础之上,对卫星的一些关键技术,如轨道倾角选择、准直器方案优化、荷电粒子反符合屏蔽系统设计、“大信号”计数率与死时间等,进行了物理优化设计。这些结果已经应用在HXMT工程中。