航天器自主导航是一种新型的天文导航方式,不需要依赖地面观测站的支持,具有很强的抗干扰性和生存能力。航天器的速度估计是航天器自主导航中的重要研究内容,在很多飞行任务中都要求已知航天器的速度信息。X射线脉冲星是高速运转的中子星,周期性地向外辐射电磁脉冲信号,脉冲信号稳定,利用其辐射信号可以确定航天器的位置、速度、加速度等信息。航天器相对于X射线脉冲星运动时会产生Doppler频移,本文利用X射线脉冲星信号的Doppler频移进行航天器的速度估计。主要研究工作包括:(1)介绍了X射线脉冲星信号建模的基础理论,分析了常用的时间和坐标系统及其转换关系,阐述了星历文件的结构及其使用方法。(2)研究了高精度的时间转换模型(详细分析了时间转换中的各项影响、不同星历时各项的差异),基于该模型采用尺度变换法正向地产生航天器处光子到达时间序列。结果表明:获得了高精度的时间转换表。利用尺度变换法正向地产生的航天器处的光子到达时间序列包含了时间校正信息,折叠出的考虑频率缓变的脉冲轮廓和标准轮廓波形一致,Pearson相关系数是0.9995。为后续Doppler的频率估计和航天器速度估计提供了很大的支持。(3)研究了一种高精度的频率估计方法——H-test(分析了自适应的m值确定方法),对航天器处的观测频率进行估计,使用仿真数据和RXTE卫星探测到的Crab脉冲星的实测数据进行验证,并与?~2统计进行比较。结果表明:对于仿真数据,相较于?~2统计法,H-test法在频率搜索上精度更高,提高了两个量级。对于Crab脉冲星的实测数据,H-test法估计精度更稳定,精度更高。(4)建立了基于Doppler频移的测速模型,引入航天器的速度先验信息,利用Crab脉冲星的实测数据进行速度估计分析,讨论并分析了影响速度估计的主要误差。结果表明:采用的H-test方法可以很有效地跟踪航天器的速度变化,对于Crab脉冲星实测数据而言,利用Doppler频移估计航天器沿脉冲星方向上的速度误差受制于Doppler频移的更新时间,合适的更新时间使得速度估计误差区间更小。对于本文选择的两个数据包而言,40s的更新时间更佳,速度估计误差最佳可达[-18,97]m/s,加速度误差约为?0.5m/s~2。