高空潮湿的冷空气极易导致机翼等关键部件结冰,破坏飞机气动性,严重威胁其飞行安全。近年来,表面介质阻挡放电（Surface Dielectric Barrier Discharge,SDBD）等离子体防冰技术作为一种新型高效的主动防冰手段获得了国内外学者的广泛关注。与此同时,由于部分飞机储能有限,发展低能耗的SDBD等离子体防冰技术尤为重要。以纳秒脉冲激励的SDBD（ns-SDBD）等离子体因其响应快、能耗低、易于实现自动化等优点,具备一定的防冰可行性。因此开展ns-SDBD等离子体防冰装置的研制及实验研究十分必要,有助于推进该技术的机载进程。本文面向某型号全天候小型无人机机载负荷及防冰实验需求,紧密围绕飞机载重、能耗及防冰有效性这三个最为重要的指标,设计研发了一套ns-SDBD等离子体防冰装置。并基于人工气候室防冰实验结果,初步验证了该装置防冰的有效性。研究工作主要包括以下几点:首先,研制了满足机载要求的轻量化ns-SDBD等离子体驱动源。采用全固态Marx拓扑作为ns-SDBD激励源主电路,解决了高压大电流工况下的MOSFET主开关均流问题;设计了一套高可靠宽参数可调的微控制系统及控制信号滤波方案,解决了强瞬态电磁环境对控制信号的空间辐射干扰及线路串扰问题。最终研制了一套具备8k V电压输出、200A最大输出电流、20k Hz重频工作能力的高重频纳秒脉冲发生器样机,实现了轻量化、宽参数、高可靠性的设计目标。其次,开展了ns-SDBD等离子体激励器设计。针对激励器阻挡介质材料、材料厚度以及暴露电极构型进行等离子体激励强度对比实验,依据实验结果初步设计了防冰装置中的ns-SDBD等离子体激励器。而后通过理论计算、设备测量及实验拟合进一步研究了激励器的相关电气特性,对激励器的优化改进起到了一定的指导作用。最后,基于纳秒脉冲发生器样机和ns-SDBD等离子体激励器构建防冰装置,开展了ns-SDBD等离子体静态温升实验,研究了不同脉冲参数对于ns-SDBD等离子体温升的影响;同时进行了人工气候室防冰实验,验证了ns-SDBD等离子体的防冰有效性,并初步分析了ns-SDBD等离子体防冰原理;结合FLUENT仿真软件对ns-SDBD等离子体致热性能进行研究,探究了不同流场下ns-SDBD等离子体的致热性能,进一步佐证了ns-SDBD等离子体的防冰性能。本文所研制的ns-SDBD等离子体防冰装置,满足机载实验的相关参数指标;人工气候室初步实验结果证明该装置具备良好的防冰性能,针对不同环境工况均能满足防冰需求,有望为ns-SDBD等离子体防冰技术机载进程提供一定的理论与实践指导。