随着社会的进步和科技的发展，对声呐的灵敏度的要求也越来越高，这就要求声呐能够检测到足够小的信号，迫切需要出现一种全新的检测弱信号的方法。近年来，人们对混沌研究的不断深入，混沌理论的应用领域也不断扩大，而且其在弱信号处理方面表现出独特的优越性。探测目标最常用的主动声纳，但是，在实际的探测中，弱的目标信号通常会被淹没在强的干扰中，而基于混沌理论的Duffing系统在强噪声背景下检测弱周期信号可以达到很低的信噪比。本文尝试将Duffing系统检测弱信号的原理和方法应用在水声信号检测中，即在强混响背景下检测微弱的目标回波信号。本论文首先介绍了水声信号中混响和目标回波的特性，利用亮点模型对目标回波进行建模，同时介绍了检测水声信号的常用方法和技术，而且比较了各种方法的优缺点，引出了利用混沌检测信号的优越性，并论证混响和目标回波可以利用Duffing系统进行检测的可行性。然后将阐述混沌理论的发展和Duffing系统的一些性质，对Duffing系统检测信号的判据进行分析，以及利用Duffing系统进行弱信号检测的基本方法和实现步骤，并研究Duffing系统对亮点模型的系统响应并利用相关的判据进行判断，来达到检测目标回波的目的。同时为了实现Duffing系统检测的实时性，利用了相图分割方法对混响和目标回波信号进行仿真研究，验证利用Duffing系统检测的实时性。对Duffing系统可检测的最小脉冲宽度进行了研究，并研究了幅值服从不同分布的信号对Duffing系统的影响，给出了相关的结论。最后利用Duffing系统实现在强噪声和混响下检测目标信号，验证了利用Duffing系统检测水声信号的可行性，并对湖试数据进行处理，证明了Duffing系统检测信号的可行性。