探测器读出系统是X射线脉冲星导航探测器技术的核心研究内容之一。现有探测器读出系统主要侧重光子到达时间读取,而不具有能级测量功能,因此制约了不同能级下X射线脉冲星导航技术的相关研究。研究并设计一种具有能级测量功能的X射线脉冲星导航探测器读出系统具有重要的意义。本文研究了X射线能级探测理论和现有的能级测量方法,提出了一种适用于X射线脉冲星导航探测器读出系统的时间与能级同时测量方法,弥补了现有探测器读出系统无法同时读出光子到达时间和能级的不足。该方法通过数字逆滤波器的设计消除了能级探测过程中存在的光子堆积现象,减小了能级测量误差。通过光子信息读出算法对数字逆滤波结果进行分析和处理,实现了光子到达时间和能级的同时测量,并提高了其测量精度。基于时间与能级同时测量方法,本文设计了具有能级测量功能的探测器读出系统,通过模数转换电路将X射线探测系统输出的模拟信号转换为数字信号,并在可编程片上系统上实现数字逆滤波器设计和光子信息读出算法；本文采用双缓冲的存储器结构,保证了在高光子流量的情况下光子到达时间和能级测量结果的完整性；通过高速的数据通信接口将测量结果传输到计算机,便于在计算机上实现脉冲星轮廓恢复、导航算法验证、不同能级下的辐射特性研究。探测器读出系统的部分仿真和测试结果表明,在考虑放大噪声、元件误差的情况下,探测器读出系统的光子到达时间读出绝对误差不大于20 ns,能级读出相对误差不超过3%。设计的具有能级测量功能的探测器读出系统能够满足X射线脉冲星观测中对时间和能级测量的需求,有助于在不同能级下研究X射线脉冲星辐射机理、物理特征和理论模型。