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宇宙线是人类认识世界的一个重要来源，宇宙线拥有极高的能量，并在宽广的能量范围内服从极为简单的谱分布，以其起源问题而备受科学界的关注，已经成为天体物理研究中一个重要的课题。
为了在宇宙线研究中做出更大贡献，我国物理学家提出在西藏羊八井建立大面积水契伦科夫巡天探测器(Large Area Water Cherenkov Array，LAWCA)，通过寻找更多的伽玛射线源来探寻宇宙线起源、暗物质以及宇宙演化等问题。
LAWCA的探测器部分由900个半球形8英寸光电倍增管(PhotoMultiplier Tube，PMT)组成，所有PMT位于150 m×150 m的5米深水池中。当宇宙线在大气中产生的次级粒子进入水中时产生契伦科夫辐射，并被PMT所探测。该前端读出电子学模块(Front-End Electronics，FEE)用于对PMT输出的信号进行时间测量和电荷测量，接收光电倍增管阳极和第十打拿级的输出信号进行电荷测量，并使用阳极信号进行全动态范围内的时间测量。电子学指标要求FEE的时间测量精度好于0.5ns，时间分辨好于1 ns，电荷测量动态范围为S.PE～4000 PE，电荷测量精度在S.PE时好于30％，在4000 PE时精度好于3％。本文介绍了该前端读出电子学模块原型电路的设计和初步测试。
第一章主要介绍了宇宙线探测的背景，随后介绍了大面积水契伦科夫巡天探测器的总体规划。
第二章介绍了国内外采用水契伦科夫探测器的实验，着重介绍了其中PMT读出电子学部分的设计方案，调研学习这些方案的方法和特点，可用以作为LAWCA前端读出电子学的设计参考。
第三章介绍了LAWCA系统中探测器结构、PMT以及电子学指标，并简要介绍了FEE的设计方案。
第四章首先介绍电子学指标需求，并探讨了FEE的基本设计路线，包括如何进行大动态范围、高精度的电荷测量和高精度时间测量。然后介绍了FEE整体结构和各个模块的具体实现。
第五章内容为FEE的实验室电子学测试和探测器联调测试。对LAWCA前端读出电子学原型电路的实验室电子学测试结果表明，FEE在全动态范围内时间测量精度好于0.5 ns，时间分辨好于1 ns;电荷测量精度在S.PE(3 mV)输入下精度好于10％，4000 PE输入时好于3％。FEE与探测器联调测试结果表明系统电荷测量精度在S.PE输入时好于50％，在4000 PE输入时好于5％。
第六章为论文总结与展望。