对于传统的微弱信号时域检测方法,输入信噪比门限受到一定限制,很难进一步降低,基于混沌的检测方法弥补了传统方法的不足,检测性能达到了很低的信噪比。本文针对此内容展开分析和研究。在分析混沌的基本特点基础上,给出了常用的混沌系统数学模型并且作了详细分析。同时研究了特定混沌系统Duffing系统的高斯化特性。利用此特点可以将混沌系统作为信号处理系统中预滤波环节,提高信号输出信噪比性能。混沌信号在已往的应用中常被当作平稳信号处理,大大影响了测量结果。本文从摄动法和时频分析方法出发对混沌信号进行详细分析,论证了混沌信号的非平稳特性,为混沌信号更好在其它领域的应用中奠定理论基础。在以往常用的混沌判别方法基础上,提出了基于Melnicov方法测量任意周期信号混沌判据的一般表达式,同时讨论了含有初相位角的混沌判据的应用问题。在以上混沌理论研究的基础上,着重研究了已知频率信号幅值的检测问题,基于特定混沌系统Duffing振子的相轨迹变化对参数的敏感性,提出了将传统的互(自)相关方法与混沌系统相结合构成混合测量系统的方案,探讨了多种噪声背景下的检测性能,其输入信噪比检测门限明显优于以往时域检测方法以及单独采用混沌的检测方法。对于未知频率信号的检测问题,文中基于混沌Duffing振子系统,分别提出了优化理论搜寻方差方法、滑模控制混沌相轨迹方法以及基于Duffing混沌系统的随机共振三种检测方法,并分析了检测性能。至此,全文以分析混沌系统的特性到混沌现象的判据为理论研究基础,最后完成了已知和未知频率信号幅值的检测工作。本文的主要研究工作不仅可以直接应用于雷达、水声信号等实际信号的检测中,而且对今后的信号检测和处理的硬件工作的实现具有一定的理论与实际意义。