混沌信号处理能够重构信号、过滤噪声、使多个信号之间同步，因此在雷达、通信等领域具有巨大的应用价值。混沌雷达的发射信号为混沌信号，具有低的截获概率、高的距离分辨力和速度分辨力、抗干扰能力强、产生简便、成本低等特点，成为现代雷达研究的一个重要方面。本文针对混沌信号处理中参数估计不够精确、同步抗噪声能力不强等问题展开研究；在混沌雷达方面，针对相参困难、成本高等问题展开研究。本论文主要创新点和贡献如下：1.给出一种精度较高的初始值估计方法。该方法能够在低信噪比下得到误差较小的初始值估计值。2.给出一种估计精度较高的离散混沌系统的参数估计方法。该方法对一维离散混沌系统的参数估计误差小于已有的方法。3.给出三种同步方法。首先，给出一种仅需主控系统一维状态变量作为输入信号驱动受控系统的抗噪声同步方法。然后，给出一种同步时间可以达到一步同步迭代运算的时间快速同步的方法。接下来，给出一种参数失配条件下的同步方法。这种方法在主控、受控系统各个参数误差随机变化的情况下通过对误差矩阵设计，可以实现主控、受控系统的同步，且系统的参数在误差较大的情况下依然适用。4.给出一种改进的准相参接收的随机信号雷达系统。这个系统和传统的理想相参随机信号雷达系统相比，能够得到相同的测距效果；同时，它不需要对发射信号进行延迟处理，有效地解决了宽带信号延迟线难以实现的问题。5.给出一种新的运动目标的测速方法。首先给出了运动目标的多普勒频移和一般混沌系统中时间刻度参数的对应关系；然后，给出一种估计误差很小的系统参数估计方法。通过对混沌系统中时间刻度参数的估计，并结合本文给出的目标多普勒频移和混沌系统中时间刻度参数的函数关系，从而得到运动目标的速度。6.给出一种建立在六阶超混沌系统基础上的雷达测距方法。这种方法在雷达发射信号中叠加正弦信号并对回波信号做同步处理，通过比较发射信号中叠加的正弦信号和同步处理后恢复出的正弦信号的相位差得到回波信号的延迟时间，从而得到目标的距离。7.给出一种基于匹配滤波相参接收的随机信号雷达系统。这种系统的特点是在接收端只需要通过移位寄存器等器件就可以得到发射信号的模板，在接收端不需要经过延迟线延迟的发射信号即可通过匹配滤波器实现相参检测。这种雷达系统和传统随机信号雷达相比，结构简单，成本较低。