合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)一种高分辨率雷达。近几十年,随着硬件平台性能和数字信号处理技术的发展,SAR雷达在军事和国民领域的应用前景和发展潜力得到了极大的提高。频率步进波形(Stepped frequency,SF)是近年来被广泛使用在高精度雷达的一种波形。通过发射和接收一组具有不同载频的相参脉冲信号,雷达使用距离像合成来得到高分辨距离像从而减小系统的瞬时带宽。在SAR雷达中使用SF信号可以在提高SAR雷达的距离分辨率时,降低雷达接收机带宽和采样率。本论文基于某科研项目,结合微波三维成像技术,完成了三维频率步进SAR雷达系统方案设计与信号处理实现。与传统的系统相比,本系统具有三维空间分辨能力,准确性更高;环境干扰小,便于外场测量;而且结构简单,设备造价低。本论文首先讨论了雷达系统设计中涉及的雷达信号理论,对频率步进信号、中频采样定理、数字下变频技术、雷达后向投影算法(Back Project,BP)进行了研究和原理推导,并对BP算法进行了仿真。然后根据给出的系统指标,设计了雷达硬件系统的实现方案,并对系统的指标进行论证。该雷达系统由射频分机,运动平台和服务器组构成,分别对各模块的设计方案进行详细分析。接着对基于雷达系统硬件平台的FPGA程序和嵌入式程序设计实现进行介绍,分别采用Verilog和C语言实现系统的雷达信号处理及控制的功能,主要包括雷达回波采集、数字下变频处理、数据传输、协议解析,最后提出一种补偿雷达回波多通道误差的方法。最后对雷达系统的功能进行验证,分为4个部分,分别对系统的采集模块,数据传输通道,通信接口和整机功能进行验证。利用仿真软件对雷达系统的测试结果进行分析和验证。