ATLAS（A Toroidal LHC ApparatuS）实验是位于大型强子对撞机（LHC:Large Hadron Collider）上的通用对撞粒子物理实验。从2008年LHC运行起,ATLAS共收集160 fb-1积分亮度的质子-质子对撞数据,对撞能量为7,8和13 TeV。基于这些数据,ATLAS发现了 Higgs玻色子并对其性质进行了研究,精确测量了标准模型的多个过程,对包括超对称粒子和暗物质粒子在内的超越标准模型的新物理进行了寻找。ATLAS探测器由三个主要的子探测系统构成:内部探测器、电磁/强子量能器和缪子谱仪。位于缪子谱仪的阻性板探测器（RPC:Resistive Plate Chamber）提供筛选缪子的触发信号。高亮度LHC（HL-LHC:High-Luminosity LHC）升级将会把瞬时亮度提升到5-7.5 × 1034 cm-2s-1,约五倍于原始设计指标;预期积分亮度将达到4,500 fb-1,这将有利于拓展HL-LHC在研究Higgs性质及寻找超越标准模型新物理上的物理潜力。为应对更高的亮度以及探测器老化效应,部分ATLAS子探测器将会进行升级改造,其中窄气隙RPC技术将会用于缪子触发系统的升级,以提升缪子谱仪的触发效率、几何接收度以及触发冗余度。本论文着眼于窄气隙RPC的研发和原型探测器的测试工作,包含探测器信号团簇大小、探测效率、几何接收度和时间分辨等关键指标:通过模拟和实验的方法,对窄气隙RPC信号传输过程中的信号团簇大小、信号衰减和串扰问题进行了系统性的研究;对两种新型读出方法进行了讨论,结果显示新方法可以提高探测器的几何接收度并减少读出通道数,同时空间分辨率没有显著损失;对窄气隙RPC的时间分辨通过深度学习的方法进行了研究,并得到了显著的提升。通过这些研究,对RPC的探测机理有了更好的理解,部分结果已被合作组采用以优化窄气隙RPC设计。在这些研究的基础上,论文还讨论了进一步的技术改进以及潜在的应用。本论文由以下章节构成。第一章介绍了 LHC和ATLAS探测器,包括其主要设计参数、升级改造计划以及窄气隙RPC技术和新的RPC系统的具体讨论。第二章简要总结了粒子探测的发展历史和粒子与物质的相互作用,包括粒子探测的基本方法和核心思想。第三章首先回顾了气体探测器的发展历史,接着概述了RPC探测器的基本结构、探测原理、性能与实验上的应用。第四章介绍了一个新的有限元仿真方法,用于模拟受到大信号团簇问题影响的原型窄气隙RPC。与传统方法相比,该方法引入了石墨层对于信号传输模拟的影响,确认了石墨层面电阻率是RPC设计中的一个关键参数。根据模拟结果优化后的新原型样机采用了更高阻值的石墨层,测试结果中的信号团簇大小符合预期。第五章讨论了基于模拟与实验测量的窄气隙RPC信号衰减研究,对实验测试方法与数据处理过程进行了具体介绍。实验测得的信号衰减率与模拟结果基本吻合。第六章对两种新型读出方法——双端读出与反射读出——进行了研究。这两种新读出方法都减少了读出电子学读出通道数,并降低了由前端电子学所导致的死区。详细的读出方法、实验搭建以及最终结果在本章进行了讨论:两个方法的空间分辨率都满足ATLAS实验要求。第七章引入深度学习方法对RPC本征时间分辨进行了研究。该工作用事例飞行时间标注样本,引入了一种便捷的数据增强方法,并且尝试了不同的神经网络结构。本章中,对神经网络结构、训练策略以及较传统方法更优的时间分辨结果展开了详细的讨论。论文第八章介绍了窄气隙RPC的组装和测试工作。作者参与了在CERN的预生产工作,并开发了一个带有图形界面的实时监控软件。该软件实现了宇宙线测试中的数据获取以及数据的实时分析功能,可以加速窄气隙RPC质量控制中的测试流程。另外,作者还搭建了前端电子学的测试平台,并开发了读出板平整度测试系统。