本文概述了超高能宇宙线研究的基本特点，包括超高能宇宙线的能谱、成份和起源。简要介绍了美国HiRes(High Resolution Flys eye)超高能宇宙线实验。文章系统分析了HiRes实验立体观测数据，根据探测器的特点，本文发展了一套新的簇射几何重建方法，使得簇射到达方向的角分辨达到0.43度，这对超高能宇宙线源的研究具有重要意义；同时改进了簇射的能量重建，使得实验的能量分辨达到11％。为了检验事例重建的方法和估计探测器的孔径大小，本文对探测器进行了细致的模拟，通过模拟数据和观测数据的对比，发现模拟数据很好地吻合了观测数据。大气质量对探测器的探测效率及孔径大小有较大的影响，本文研究了探测器孔径大小、空气质量和簇射几何的关系，通过一定的几何限制和能量限制，使得能量高于1018.2eV以后，探测器的有效孔径大小几乎不受空气质量的影响。在此基础上，本文测量了超高能宇宙线的能谱，在10.79倍标准偏差的置信水平下确认了“踝”的存在，同时有迹象显示GZK截断的存在(3.7倍标准偏差)。文章中还讨论了由于各种因素导致的能谱的不确定性，即系统误差。