高均匀度超导磁体用于诸如磁共振成像、离子阱、粒子谱仪等设备,磁场的均匀性决定了设备的成像质量或测量精度,因此一套高精度、快速并且适用性强的匀场设计方法和磁场质量分析方法尤为重要。本论文基于中国科学院近代物理研究所(IMP)的兰州潘宁离子阱(LPT)超导磁体项目,对高均匀度超导磁体的匀场系统设计及磁场质量分析进行了研究。首先,在有源匀场设计方法的研究方面,通过有源匀场传统解析法与线性规划方法的设计比较分析,提出了基于解析法的粒子群优化算法(APSO)用于设计匀场线圈。该方法解决了传统解析法对于非中心区域匀场能力不足的问题,并且设计方案更符合实际工况;相比线性规划算法消除了线圈电流近似舍入误差,并且计算速度更快。将专业磁场仿真程序与通用平台结合,提出一种用于匀场线圈设计的自动化实现方法,适用于快速匀场设计;据此使用C#语言及Windows Form平台编写了一套匀场线圈设计软件,软件内置多种算法可进行对比设计。其次,在磁场质量研究方面,分析了多种误差来源对于LPT磁体的影响。采用比恩模型计算持续电流对高均匀度磁体的影响,发现部分球谐分量也存在磁滞效应。分别采用蒙特卡罗方法和有限元软件分析了线圈几何形状和低温材料磁性的影响。验证了磁体同步优化设计的必要性,并引入粒子群优化算法对LPT主磁体实现跟踪优化绕制,还利用该算法设计了多种类型磁体线圈。最后,进行了LPT磁体的匀场系统设计、分析与测试。采用积分方程程序Radia分析了匀场片间的耦合效应,证明其对主场的影响可以忽略;研究了匀场片厚度和阵列密度的影响;设计、加工并测试了LPT磁体的无源匀场系统。利用编写的自动化软件设计出超导匀场线圈及室温匀场线圈方案;提出利用带材绕制匀场线圈的方案并分析了其磁场质量;绕制了有源匀场线圈并完成了测试。