强子物理和味物理是核与粒子物理的重要研究方向,其中很多实验研究要求鉴别高能粒子反应产生的末态强子的种类。在这些高能粒子反应中存在很多动量高且跨度大的末态强子,高精度地分辨出这些强子的种类对强子鉴别技术提出了很大挑战。气相环形成像契伦科夫（RingImaging CHerenkov detector,RICH）探测器可以鉴别动量高达～100 GeV/c的强子,是高动量强子鉴别的主要技术选项。传统有窗型气相RICH探测器因辐射体占用空间过大,使得探测器的应用受到许多限制,因此迫切需要发展一种紧凑型气相RICH探测器。本论文研究一种采用无光学窗设计的紧凑型气相RICH探测器。这一探测器采用碘化铯光阴极实现光电转换,然后使用微结构气体探测器进行光电子倍增。由于没有光学窗,微结构气体探测器需要使用RICH探测器的辐射体作为工作气体,这对辐射体提出了严格限制和诸多要求。在综合考虑了沸点、折射率、荧光效应等多种因素后,选择了碳氟化合物作为辐射体。本论文利用Geant 4软件包模拟研究了这一紧凑型RICH探测器的辐射体、球面镜、光阴极部件的品质对契伦科夫光收集与探测以及强子鉴别性能的影响。结果表明,这一紧凑型RICH探测器方案所探测到的光子数较具有同等长度辐射体的有窗方案提升3-5倍,强子鉴别动量上限提升～20 GeV/c。此外,针对RICH探测器中契伦科夫光探测的需求,利用Garfield++软件包对微结构气体探测器的结构进行了模拟优化。基于这些模拟结果,本论文设计了一个紧凑型RICH原理样机,其中采用CF4作为辐射体,采用具有CsI光阴极以及THGEM+Micromegas混合结构的微结构气体探测器作为光灵敏探测器。原理样机的响应波段为120-210 nm,同时辐射体腔室长度可调。针对光灵敏探测器的核心部件—Micromegas探测器,本论文研发了一种基于热压接方法的高性能Micromegas制作技术,具有批量制作的能力。所制作的Micromegas探测器能量分辨达到16.3%（FWHM）,气体增益可高于105,增益均匀性好于6%,位置分辨可达70 μm,探测效率高于98%。本论文围绕紧凑型RICH原理样机研制了球面镜、光灵敏探测器、光阴极等关键部件以及辐射体腔室和循环与纯化装置。最终建造完成了紧凑型RICH探测器的原理样机,并实现了系统运行。运行结果显示辐射体水、氧杂质含量可降至2.6 ppm和0.1 ppm,达到性能测试条件。使用热压接Micromegas探测器建造了一个宇宙线望远镜系统,利用这一系统对紧凑型RICH原理样机进行了宇宙线测试。测试过程中由于辐射体循环纯化系统不能长期稳定运行,样机系统工作在闭气模式,水氧含量无法长期保持,导致契伦科夫光会因为吸收有较大的损失。测试结果表明样机能够探测到契伦科夫光子,但平均光子数很低。利用宇宙线望远镜系统测得的宇宙线径迹信息对RICH样机的单光子发射角进行重建。通过统计同一事例中不同光子发射角重建结果的差别获得RICH样机的单光子角分辨。结果显示,同一事例中重建出的单光子发射角之间存在超出预期的差异。为此模拟了样机的宇宙线测试,结果发现宇宙线在辐射体中产生的δ电子以及球面镜的位置偏差都会显著影响单光子发射角的重建结果,从而导致重建的单光子发射角存在很大差异。模拟数据显示δ电子对发射角度残差分布的贡献可以用一个宽高斯来描述,而宇宙线自身的贡献则表现为一个窄高斯分布。因此在真实宇宙线数据分析中,使用双高斯拟合单光子发射角度残差分布,其中考虑到十分有限的统计量,宽高斯的形状固定为模拟得到的形状。此外,采用软件方法对球面镜位置偏差进行了一定程度的校正,但受统计量的限制,这一软件校正的效果十分有限。经过对宇宙线数据的分析,最终得到样机单光子角分辨为3.3±1.0 mrad,具有很大的统计误差。宇宙线由于动量和方向均不确定,且事例率低,无法对样机性能进行精确和全面的测试。样机的角分辨、探测光子数以及强子鉴别性能有待通过高能单粒子束流进行测试和研究。