混沌序列具有初值敏感性、非周期、均值遍历性等优良的特性,因此混沌序列在保密通信、数字图像加密领域中得到了广泛的应用。传统的数字混沌序列受限于计算机的存储字长,不可避免地存在周期退化问题。另一方面,在硬件实现时,过大的计算位宽会增加硬件迭代边界,使得序列的输出速率降低,从而降低了加密效率。本文采用了基于余数系统和置换多项式的混沌序列生成方法,该方法利用余数系统将大位宽的乘加运算用多个小位宽的并行运算代替,降低了计算复杂度,且提高了序列的生成速率。本文将这种方法生成的混沌序列用于图像加密和扩频通信中,本文的主要工作如下:(1)研究了基于余数系统和置换多项式的混沌序列的映射方法,分析了基于余数系统和置换多项式的混沌序列的性能,并与传统的混沌序列进行对比,如Tent、Logistic和Chebyshev等。(2)提出了一种新的基于混沌序列的明文关联密钥的数字图像加密方法,改善了加密系统的抗明文攻击的能力并且增强了加密算法抗噪声和数据丢失的能力。(3)通过大量的理论分析和实验测试,验证了本文提出的数字图像加密方法的性能,包括:密钥空间、密钥敏感性、抗差分攻击能力、直方图分析、抗噪声和数据丢失能力、信息熵和复杂度等。其中本文的图像加密算法的抗噪声能力比最新的图像加密算法2D-LASM(two-dimensional Logistic-adjusted-Sine,2D-LASM)和MIE-BX(Medical Image Encryption:Bitwise XOR,MIE-BX)高出了40%以上,抗数据丢失能力比LASM算法和MIE-BX高出了33%以上。而Cao等人提出的2DLICM(two-dimensional Logistic IMIC Cascade Map,2D-LICM)则完全不能抵抗噪声和数据丢失攻击。此外,本文的抗差分攻击能力与2D-LASM、MIE-BX和2D-LICM相当。(4)搭建了一个混沌扩频通信系统仿真平台,从不同的角度分析了基于余数系统和置换多项式的混沌序列在扩频通信系统中的性能,如单用户情况下的抗噪声性能、多用户情况下的抗噪声性能以及不同用户数下的误码率等。同时,还与传统的序列进行了对比,如:m、Gold、Logistic、Tent和Chebyshev等序列。