混沌现象在自然界中非常普遍,混沌运动是许多非线性系统的典型行为。当前微弱信号混沌检测技术是混沌理论在信息科学应用中的一个重要分支,具有很好的发展前景,已经取得了很大的进展。本文首先介绍了微弱信号检测的相关知识,阐述混沌理论在微弱信号处理中的发展及应用。然后对混沌的基本理论与特征进行了详细的分析,揭示了混沌的对初值条件的敏感依赖性、内在随机性和遍历性等特点。实际系统中,能产生混沌现象的非线性动力学模型很多,文中主要对Duffing系统、Lorenz系统进行详细分析,同时对Duffing系统的时频分布特性进行详细分析。在介绍常用的混沌判别方法基础上,给出了两种数值型混沌判据—信息熵判据和混沌测度判据,数值型混沌判据能够更加准确、快速的判定混沌状态。在以上混沌理论研究的基础上,着重研究已知频率信号幅值的检测问题,基于特定混沌系统(Duffing混沌系统)对初始参数的敏感性,提出将传统的自相关方法与混沌系统相结合构成利用混沌测度判别的测量系统方案;提出自适应噪声对消器与混沌系统混合的测量系统方案。对于未知频率信号的检测问题,提出利用三阶Lorenz混沌系统进行微弱信号参数估计的方法,对多频率正弦信号的参数测量。通过理论和大量实验仿真,证明该方法能够快速有效的检测出在各种噪声背景下的未知正弦信号的频率。