近年来,混沌理论与应用得到了快速发展,吸引了研究者们的广泛关注。其中,混沌系统的特性分析和硬件实现是两个主要研究方向。前者可以用来帮助深入分析混沌动态,找到混沌产生的原因,以避免或利用混沌现象,例如避免DC/DC变换器、电机中的混沌现象,或是利用混沌进行信号参数的检测和图像加密等。后者可以帮助利用混沌模型进行实际应用,解决一些工程问题,例如激光技术、高功率微波源及保密通信等。本文主要针对一个新三维混沌系统及其分数阶模型展开研究,通过分析系统的混沌动力学行为及力学特性,发现了该三维混沌系统的一些特性。此外,本文也对该混沌系统进行了硬件电路设计及实现,给出了保密通信的应用实例。本文的主要工作如下:(1)针对一个最近提出的新三维混沌系统,进一步研究该系统的特性,重点从力学及能量的角度对其进行了分析。首先,将其转换成Kolmogorov形式下的动力学系统,即分解成相应的力矩形式。然后,通过对各力矩分析,发现惯性力矩和non-Rayleigh耗散是该系统产生混沌的主要原因。同时,利用Hamiltonian和Casimir能量函数,研究系统的能量转换对系统动态特性的影响。(2)进一步研究该混沌系统的分数阶模型的特性,主要包括稳定性、相轨迹、Lyapunov指数、阶次分岔及Poincare映射等混沌特性,发现该分数阶系统具有比整数阶系统更为复杂的动态特性。(3)利用模拟电路设计实现了三维混沌系统及其分数阶模型,得到了与数值仿真一致的实验结果,说明该系统能够通过模拟电路实现,且为该系统应用提供了相应的物理模型。(4)利用FPGA设计实现了三维混沌系统的数字电路。同时,基于非线性状态反馈的同步方法,设计实现了该系统同步,给出了一个基于混沌掩盖保密通信的应用电路。总之,本文研究了一个三维混沌系统及其分数阶模型的特性,发现了该系统产生混沌的原因及能量变化对其动态特性的影响,且设计实现了该系统及其同步,为其工程应用提供了硬件模型。