X射线脉冲星导航以其独有的特点和优势成为目前极具潜力的天文导航方式之一。X射线脉冲星定位定速导航是X射线脉冲星导航一个新的研究方向。本文首先分析了国内外研究现状,接着介绍了相关理论,然后分别就X射线脉冲星定位定速系统中脉冲星的脉冲到达时间（Time-Of-Arrival,TOA）和周期联合估计、脉冲星观测轮廓SNR估计和导航滤波等关键技术展开研究,最后是全文总结和下一步工作展望。论文主要内容如下:1.针对脉冲TOA估计中多普勒速度的影响和已有周期估计方法计算量很大的问题,基于脉冲星畸变轮廓的形成机理,提出了基于遗传算法优化的量子-压缩感知（Genetic algorithm-optimized Quantum Compressed Sensing,GQCS）超快速脉冲TOA和周期估计。GQCS首先设计了多畸变多相移的脉冲星轮廓字典,并将其作为量子的概率振幅,通过对脉冲星轮廓字典的多次量子观测构成量子测量矩阵。然后采用具有记忆机制的GA对量子测量矩阵进行优化,得到大小更小和性能更优的测量矩阵。最后,利用超分辨率匹配估计检测出脉冲星观测轮廓的畸变和相移,也即脉冲星的周期和脉冲TOA。仿真结果表明,GQCS比经典的2方法估计精度更高和计算量更小。并且,GQCS实现了脉冲TOA和周期联合估计。2.脉冲星观测轮廓的信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）决定了导航滤波器的设计。为了精确估计轮廓的SNR,针对有不同相移下不同流量脉冲星,提出了两种基于随机森林的脉冲星观测轮廓SNR估计方法——小波-随机森林（WaveletAided Random Forest,WA-RF）和双谱-随机森林（Bi-spectrum Random Forest,BSPRF）。WA-RF采用不同SNR的脉冲星轮廓的小波低频系数训练随机森林,利用训练好的随机森林实现观测轮廓SNR估计。BSP-RF利用了双谱变换的时移不变性和强抗噪声能力,用脉冲星轮廓的双谱取代WA-RF中的小波。仿真结果表明,对于无相移的高流量脉冲星,WA-RF对其SNR估计精度要高于BSP-RF;而对于有相移的或低流量脉冲星,BSP-RF对其SNR估计精度要高于WA-RF。3.为提高X射线脉冲星定位定速系统的导航精度,融合高流量和低流量脉冲星的特点,提出了直接/间接复合定速脉冲星导航。复合定速脉冲星导航通过一个X射线探测器对一颗高流量和两颗低流量脉冲星轮流观测。其中,对高流量脉冲星采用直接定速测量模型,直接解算出高流量脉冲星的定位和定速这两个测量量;对低流量脉冲星则采用间接定速测量模型,通过循环互相关法估计出其定位测量量,并利用基于多普勒效应的测量偏差模型进行定位补偿,间接得到其定速测量量。结合航天器的轨道动力学模型和三颗脉冲星的测量模型,轮流对Kalman滤波器进行更新,最终实现航天器的三维定位和定速。仿真结果表明,与间接定速脉冲星导航相比,复合定速脉冲星导航的定位和定速精度分别提高了23.35%和22.74%。