生命体系是自然界中最复杂的系统，由多个子系统组成。循环系统为其主要的子系统之一，而心脏又足循环系统中的核心部分，它是由多个振子耦合而成的复杂振荡系统，给循环系统运行提供动力。在正常情况下，窦房结的电振荡起着支配作用，所以通常健康人的心律是窦性心律。心脏搏动在体表形成的电位变化称为心电图(electrocardiogram，ECG)信号目前心电信号非线性特性分析是生命体系研究的一个重要领域。 基于混沌理论和统计物理理论的发展，目前对于心电信号非线性特性分析，大部分研究工作主要是用关联维数、李雅普诺夫指数、柯氏熵和分形特性参数等进行分析。本文首先对上述研究成果进行了总结，然后用多种统计物理方法对睡眠时期的心电数据进行分析，试图理解支配心率变异的自主神经系统两个作用相反的分支--交感神经和副交感神经在睡眠时期相互作用的内在机制。论文主要完成了如下的工作： 1.我们发现了在不同睡眠时期(浅睡期，深睡期，快速眼动期和清醒期)的心率变异信号均展现出强烈的长程关联性。在此之上，我们发现了快速眼动期的长程关联程度比其他时期小，这与前人的结果是相抵触的，我们对此异常现象做了进一步的探讨。 2.我们证实了睡眠时期的心率信号具有多重分形特性，意味着心脏的跳动并不是规则的，这种不规则的心率才是健康心脏的标志。 3.我们发现了奇异谱的宽度与自主神经的控制强度存在着某种联系，这表现在快速眼动期HRV信号的奇异谱具有最宽的宽度，展现出最强的多重分形特性。与非REM时期相比，REM时期的交感神经活动明显增强． 本文的结果揭示了睡眠时心率变异的复杂性，有助于理解自主神经系统对心率内在的控制机制。