电离层对无线电通信、导航、测量以及人类空间活动都有着重要的影响,对电离层的研究具有重要的意义。非相干散射雷达是探测研究电离层的强有力工具,可以探测到电离层的多种参数,非相干散射雷达信号处理机是非相干散射雷达的重要组成部分,对电离层参数的分析结果有直接影响,因此对非相干散射雷达信号处理机设计的研究具有重要的工程应用价值。本文结合“非相干散射雷达信号处理分系统”项目,分析了系统功能,提出了非相干散射雷达信号处理机的设计方案,并分别给出了信号处理机的硬件和软件设计。首先,在介绍非相干散射雷达探测原理和信号处理方法的基础上,对系统的功能要求进行了分析,提出了系统设计方案,该方案采用FPGA作为控制核心,DSP作为信号处理核心。然后,介绍了信号处理板上的核心器件,根据系统方案,设计了信号处理机各个功能模块的电路原理图,根据原理图绘制了PCB板,并讨论了PCB设计中使用的关键技术,完成了信号处理机的硬件设计。最后,进行了系统的软件设计,在FPGA内设计了采样数据接收模块,给出了基于FPGA的数字下变频模块,设计了系统的工作时序和数据通信模块,并给出了雷达信号处理的软件流程。本文设计的非相干散射雷达信号处理机主要由模数转换器AD9460、Spartan-3E系列FPGA以及ADSP TS201S等设备构成,核心器件均为可编程器件,可通过编程改变其功能,具有灵活性强、运算速度快等优点,因而具有重要的工程应用价值。