闪电是一种重要的自然现象,其每年都会造成很大的直接人员伤亡和经济损失,对其研究具有重要意义。现有的地基探测技术由于其布点的局限性,很难给出全球范围的闪电分布图,而星载闪电探测具备覆盖范围广,能探测总的闪电信息多等优势,尤其是基于静止轨道卫星的闪电探测,可以对地球某一较大特定区域进行全天候的观测,被认为是全球观测闪电的理想平台。目前全球还没有一颗搭载闪电探测设备的静止轨道气象卫星发射上天,我国正在研制的风云四号气象卫星就是一颗搭载了专用闪电探测设备——闪电成像仪的静止轨道气象卫星。闪电成像仪是搭载在卫星上用于探测闪电事件的光学探测仪器。其主要包括光学成像系统、闪电信息处理系统和管理系统。本文是根据风云四号气象卫星整星总体技术要求,研制卫星闪电成像仪闪电信息处理系统,该系统为闪电成像仪最核心的部分。其主要工作模式有三个,一是闪电探测模式,接收焦面图像数据,并从中识别出闪电事件,并将其编码输出。二是地标观测模式,接收焦面图像数据,并将整幅完整的图像传输到地面。三是程序在轨上注模式,接收地面发送程序数据,更新闪电探测算法。考虑到卫星上天后的不可修复性,因此,本文运用一些可靠性设计思想和方法,并采用FMEA (Failure Mode and Effects Analysis)——故障模式与影响分析方法对设计的系统进行板级电路分析。具体来说,本文的研究工作主要包括以下内容：1)在深入分析闪电成像仪闪电信息处理系统功能要求和技术指标的基础上,构建了闪电信息处理系统的整体方案,设计了其硬件平台,包括闪电识别电路、编码电路、滤波电路和母板。系统采用子母板结构,闪电识别电路、编码电路和滤波电路间的通信通过母板完成。2)针对闪电信息处理系统在卫星发射上天后不可维修性,所以其系统可靠性就显得尤为重要。本文建立了闪电信息处理系统的可靠性模型,提出了一个简化的系统模型,通过该模型验证了设计方法的可靠性。FMEA——故障模式与影响分析(Failure Mode and Effects Analysis)是一种可靠性设计的重要方法。针对系统要求单板故障不能导致灾难性的后果,对闪电信息处理系统板级电路进行FMEA分析,得出系统无单板故障导致的灾难性后果。3)风云四号气象卫星为我国第一颗采用SpaceWire,总线接口的卫星。分析了SpaceWire,总线的特点和该卫星各载荷的速率,设计了基于AT7911E协议芯片SpaceWire总线通信系统,该总线系统具备逻辑地址和节点速率可调等特点,通过与卫星其它载荷及数管分系统组网测试和验证,满足卫星整星总线通信需求。4)由于全球还没有一颗携带闪电成像仪的静止轨道气象卫星发射上天,无法获取静止轨道拍摄的闪电图像,所以无法研究出较为成熟的闪电探测算法。本系统提出了对闪电识别电路上用于实现闪电探测算法的FPGA程序在轨上注功能。利用该卫星发射上天后,通过地标观测模式传回地面拍摄的真实闪电图像,仿真和设计新的闪电探测算法,并通过卫星在轨上注功能更新闪电探测算法。针对卫星在轨上注功能传输数据量大,可靠性要求高,任何1bit的数据错误就会导致上注失败的特点。设计了一个高可靠性的卫星上注流程,其包括“程序上注模式”、“程序上注模式开始”、“程序分包数据传输”和“程序上注模式结束”共四条指令,实现程序上注模式切换、开始、数据传输和结束的有效控制。同时在上注过程采取了EDAC校验、CRC校验等多种措施,发现数据错误立即纠错或重传,确保在轨工作安全、可靠。5)针对闪电识别电路的闪电探测采用的帧-帧背景去除算法需要完成7帧背景缓存,提出了一种利用7片SRAM流水读写的方式,将一路输入图像数据扩展为依次输入的7路数据,实现了7帧数据的帧-帧背景去除算法。6)针对闪电信息处理系统在卫星上天前,必须经过系统的测试,以保障卫星发射任务成功的要求,建立了闪电信息处理系统测试平台。该测试平台主要包括供电设备、闪电图像模拟源、闪电事件接收显示设备、和遥控遥测设备。通过该系统测试平台对闪电信息处理系统进行完整的测试,包括硬件测试、闪电探测模式测试、地标观测模式测试和程序上注模式测试。通过测试验证了闪电信息处理系统各项设计满足卫星整体的需求。