基于宽带发射信号的相控阵三维合成孔径雷达(SAR)系统硬件设计复杂且接收信号不易分离。通过将频率分集阵列应用到三维SAR中，线阵各阵元只需发射单频信号便可获得宽带观测性能，可大大降低系统硬件要求，但由于频率分集阵列的回波信号具有空间-频率稀疏特性，采用基于匹配滤波思想的传统后向投影算法成像时，分辨率受限且图像旁瓣较高。针对此问题，提出一种基于压缩感知的随机频率分集阵列SAR三维成像方法。该方法通过在切航迹向随机稀疏选取阵元，在沿航迹向随机稀疏选取观测位置，实现对回波数据的二维稀疏采样。在成像部分，采用正交匹配追踪算法对空间目标散射系数进行重构。仿真和实测实验结果表明，该压缩感知成像方法不仅可以减少频率分集阵列三维SAR系统的数据处理量，还能够有效抑制雷达图像旁瓣，成像质量显著提高。利用压缩感知算法，频率分集阵列三维SAR可以在回波稀疏的情况下准确重构目标信息，验证了所提方法的合理性和有效性。