宇宙线是来自太阳系外的高能带电粒子辐射。自1912年发现以来,虽然研究了上百年,但是其起源尚不完全清楚。宇宙线在传播过程中会与周围介质碰撞产生高能光子与高能中微子辐射,所以高能光子的辐射区,高能中微子的产生地应该与高能宇宙线粒子起源天体有着密切的联系。恒星形成星系中的超新星遗迹,潮汐瓦解事件,活动星系核,伽马射线暴等被提出作为高能宇宙线的源。Fermi卫星的运行极大地丰富了GeV的观测成果,也为我们直接研究宇宙线加速机制和传播过程等相关物理过程提供了可能。Fermi卫星数据显示,银河系超新星遗迹IC443和W 44的能谱中有π0衰变的特征bump信号,直接证明了超新星遗迹为宇宙线粒子的加速器。同时IceCube望远镜在TeV—PeV能区发现了六十几个宇宙学起源的高能中微子事件,开创了高能中微子天文学研究的新时代。但是这些高能中微子的起源天体依然不清楚,它们是否与极高能宇宙线有关系也是一个未解之谜。本篇博士论文利用Fermi卫星的巡天观测数据,寻找恒星形成星系(Arp 220和LMC),潮汐瓦解事件以及高能中微子事件伴随的高能辐射信号,继而研究宇宙线相关物理过程。第一章,我们综述了宇宙线的基本知识,宇宙线相关的γ射线天文学的观测历史,γ射线的产生机制和Fermi卫星的基本知识。第二章,我们利用Fermi卫星最新的PASS 8数据,发现了第一个极亮红外星系(Arp 220)的高能GeV辐射,证明了该辐射应该起源于Arp 220星系中的宇宙线粒子与环境介质碰撞过程,并第一次直接利用γ射线的观测数据计算了超新星遗迹加速宇宙线粒子的效率,大约为5%。大麦哲伦星云(LMC)因为距离近和高银纬,所以观测数据统计量大且可以避免银盘辐射的干扰。第三章,我们细致分析了Femi卫星的数据,试图寻找来自于LMC盘的特征π0bump辐射信号。数据分析结果表明,LMC盘的辐射能谱在～500 MeV处存在着拐折,此拐折可以用π0衰变机制很好地解释,但是轫致辐射过程不能完全被排除。第四章,我们利用Fermi卫星巡天数据搜寻了三个Swift卫星发现的带有喷流的潮汐瓦解事件(Swift J1644+5713,J2058.4+0516和J1112.2-8238)和一个近邻正常潮汐瓦解事件ASASSN-14li的高能辐射,得到了它们的GeV辐射上限。对于三个Swift观测的带有相对论喷流的潮汐瓦解事件,耀发态它们的GeV辐射流量至少低于keV-MeV的流量100倍。我们把较低的γ射线辐射归因于GeV光子的湮灭光深大于1,继而得到了这些潮汐瓦解事件的喷流洛伦兹因子的上限。第五章,我们分析了与IceCube高能中微子事件伴随的电磁对应体。在高能中微子位置误差范围内,在中微子探测时刻我们既没有发现新的GeV或者是X射线波段的暂现源,也没有发现已知源的流量有增强,得到了这些高能中微子伴随电磁辐射的流量上限。根据这个上限,我们讨论了高能中微子源的数密度,结果显示恒星形成星系是一种潜在的源,并排除典型的长伽玛射线暴作为高能中微子主体贡献源的可能。在最后一章我们做了一些讨论与展望。