脉冲星得益于其广泛的空间分布性与自转周期的极其稳定性，成为目前最具前景的导航信标。基于X射线脉冲星的自主导航系统（XPNAV）克服了全球定位系统(GPS)与太空跟踪网(DSN)在深空探测中的种种局限性，是一种新型的导航方式，近年来已经成为深空导航领域的研究热点。本文从分析XPNAV系统的导航原理出发，梳理了XPNAV系统的整体框架，围绕对脉冲信号的处理，重点研究了导航系统的观测信号模拟，脉冲星辨识，相位估计等问题，主要工作内容包括：　　X射线脉冲信号模拟。脉冲信号模拟解决了地面很难检测到脉冲星的辐射信号，而在空间搭载观测实验平台费用巨大的问题。在简短的介绍了传统的基于泊松模型的观测信号（TOAS）模拟方法后，提出了基于脉冲轮廓拟合与Monte Carlo的快速模拟方法。首先利用混合高斯函数对脉冲星的标准轮廓进行拟合，得到轮廓的近似解析式，再利用Monte Carlo方法按照轮廓的解析式生成模拟的观测数据，仿真实验验证了所提方法的有效性。　　脉冲星辨识。从周期识别与轮廓匹配两个角度进行脉冲星的辨识。实现了周期识别的最小熵法，然后定义了脉冲轮廓的集中度量测函数，提出了利用最小集中度函数法进行周期识别的方法，并对其可行性给予了证明。随后提出将FFT与最小集中度量测函数法相结合进行周期识别的方法，这种方式既能够提升周期检测的效率又保证了周期估计的精确性。基于轮廓匹配的思想，提取脉冲星标准轮廓的选择双谱作为特征向量，然后利用径向基神经网络分类器（RBF）对其进行学习并实现脉冲星的分类。　　相位与多普勒频移估计。航天器观测到的脉冲星的观测轮廓与预测的SSB处的标准轮廓之间的相位差是后续导航滤波的输入信息，相位估计是导航系统最基本最重要的任务之一。本文实现了利用最小二乘法、循环相关法与最大似然法进行相位估计的方法。推导了相位估计的克拉美罗下界（CRLB），比较了不同方法的性能。然后对多普勒效应影响下的相位估计问题进行研究。给出了考虑多普勒效应的的必要性，对于航天器的速度是恒定与时变两种情况下的相位估计问题进行说明。