台风、暴雨等强对流灾害性天气给沿海地区的人民生命安全和社会经济发展带来巨大的威胁和损失。因此,利用卫星实现对地观测,并在灾害来临前做出预警对于社会稳定意义重大。目前在轨的气象卫星多为可见光与红外探测的极轨卫星,相比于极轨卫星,静止轨道卫星在视场和观测频次方面都有不可逾越的优势,微波相比于可见光与红外光波具有较强的穿透性,可实现全天时与全天候的探测。因此,研制静止轨道微波探测气象卫星已经成为一个亟待攻克的课题。为攻克这一难题,中国科学院国家空间科学中心与欧洲空间局计划合作研发一套静止轨道毫米波大气探测星载系统,该系统将为未来的中欧卫星合作提供技术基础,并且该技术也将用于中国下一代气象卫星。该系统的特点在于利用70个合成孔径天线单元实现高的空间分辨率,由此引申出高速多通道数据采集和超大规模数字信号处理等问题。本文以地球静止轨道毫米波大气探测星载系统为背景,设计了毫米波辐射计数字系统,并对高速数据采集一致性、超大规模数字信号处理、以及FPGA时序约束等多项关键技术进行研究与设计。主要内容如下:1.系统设计。首先介绍辐射计系统的组成,然后对毫米波辐射计数字系统的设计思想和组成部分进行详细介绍,并主要对工作模式设计、参数和控制指令的配置、以及信号处理流程三个部分进行描述;2.高速数据采集一致性研究。针对系统的多通道和高速数据采集特性,研究高速数据采集下的通道一致性问题,从数据采集模块的软、硬件设计入手,保证通道间的一致性,并且设计基于I/ODelay的通道一致性自动调整方案;3.FPGA时序方案设计。研究FPGA内部的时钟资源,提出合理的时序约束方案和时序优化方法,以保证FPGA程序的稳定性和时序收敛;4.系统测试。针对以上设计,对系统性能进行充分的测试与数据分析。本文的研究成果已经应用在某重点科学工程中。