传统的康普顿望远镜对中能区（200keV-50Me V）γ射线的观测能力即探测灵敏度较低,导致该能区的重要天文物理信息至今没有被充分发掘。因此,研究一种具有高灵敏度的康普顿望远镜具有重要的科学意义。本文通过对康普顿望远镜的总体设计、模拟以及数据重建算法设计,开展对高灵敏度的康普顿望远镜的研究。对康普顿望远镜进行总体设计,确定了望远镜的结构。具体为:多层双面硅微条探测器作为望远镜上半部分的径迹探测器,望远镜下半部分的量能器采用了新型结构,即基于双端读出的碘化铯晶体条阵列结构,最外层的反符合探测器由塑料闪烁体构成。利用MEGAlib模拟软件对康普顿望远镜进行了整体模拟,确定了各个子探测器的参数,模拟了不同能量的γ射线以及相应卫星轨道上的各种本底射线在各个子探测器上的相互作用过程,获取模拟数据。研究了对模拟数据进行分析及事件重建的方法。设计了解决相互作用点集群化的方法、识别正负电子对事件的方法以及重建电子径迹的基于皮尔逊相关的品质因数法。测试结果表明,该算法在数据重建工作中表现出良好的性能。研制了一种基于双端读出的碘化铯γ射线探测器,作为量能器的探测单元。研究了包装材料、晶体尺寸以及光电转换器件对探测器性能的影响,并确定了量能器探测单元的各项参数,即该探测单元的晶体条尺寸为5×5×80mm³、采用ESR包装、采用硅光电倍增管双端读出信号。利用662keV的γ射线进行测试,其能量分辨率达5.2%,纵向位置分辨率约为5.2mm,可以满足康普顿望远镜对量能器的性能要求。模拟结果表明:本文所设计的康普顿望远镜具有高灵敏度,以及优异的能量分辨率和角度分辨率,即谱线灵敏度整体好于1×10^-6ph/cm²/s,连续谱灵敏度整体好于6×10^-6ph/cm²/s,能量分辨率在1MeV附近好于4%,角度分辨率整体小于1度。整体灵敏度相比于传统康普顿望远镜提高了1～2个数量级,能量分辨率与角度分辨率也有较大提高。因此,本文通过对康普顿望远镜进行总体设计、模拟以及数据重建算法研究,可以得到具有高灵敏度的康普顿望远镜。本文的工作内容、方法和结果可以为下一代康普顿望远镜的研制及相关技术的研究提供很好的参考与借鉴。