非相干散射雷达（Incoherent Scatter Radar，ISR）利用高空大气电子和等离子体热起伏的散射信号遥测高空大气的物理特性，是探测电离层参数最有力的地面工具。非相干散射雷达回波信号具有信号强度弱、信噪比低、数据量大等特点，因此对信号采集与存储技术提出了较高的要求。根据ISR信号处理的实际要求，本论文针对高精度、高速ADC设计和回波数据实时回传、存储技术展开研究。首先，在研究ADC前端电路原理的基础上，提出两套低噪声、增益可控的ADC前端电路设计方案，并阐述了板卡实现的关键技术。其次，通过分析采样时钟的产生方法，提出两套基于低抖动时钟合成芯片的采样时钟产生电路设计方案。考虑到采样时钟抖动对ADC动态范围的影响，测试分析了本文设计方案中采样时钟的抖动性能，结果达到了相关指标要求。再次，结合数字正交采样技术的相关理论，针对实际输入信号的特性，选择了Bessel插值法和低通滤波法作为本课题的数字正交采样方法。对两种方法进行了仿真分析，同时给出了FPGA实现模块。之后，根据非相干散射雷达对原始数据后处理的实际需要，提出基于USB接口的数据实时回传、存储方案，设计了相应的硬件数据传输系统以及开发了配套的上位机数据存储软件。最后本文对外场联调工作的内容、所遇到的问题及解决方法等做了阐述。本文所提出的相关理论与设计方案均已在非相干散射雷达信号处理系统得到应用、验证，满足系统的指标要求，取得了良好的工程效果，对同类系统设计具有较大的参考价值。