本文采用模型构建和数值模拟相结合的方法研究了混沌同步及其在保密通信中的应用,主要工作如下:研究了存在随机扰动的自治混沌系统的反同步问题,扩展了状态观测器方法的适用范围,使得含有常系数的混沌系统也能利用该方法实现反同步。利用该方法分别实现了Liu系统和新Lü系统的反同步控制,并将其应用于保密通信中。分析了单级混沌通信系统的主要性质和局限性,研究了多级混沌同步问题,提出了一种新的多级混沌通信系统:基于PC法的三级混沌通信系统,并以Lorenz系统为例,给出了这种多级混沌通信系统的应用实例。基于混沌键控的保密通信方式,采用状态观测器的同步方法,设计了一个十六进制数字通信系统,并给出了该通信系统收发端的模型以及各模块的实现算法。给出了全互联六阶推广细胞神经网络超混沌系统,采用状态观测器的方法实现了该超混沌系统的同步,基于混沌键控提出了一种基于全互联六阶推广细胞神经网络的八进制通信系统。提出了一种异步保密通信方案,基于该方案采用全互联六阶推广细胞神经网络(CNN)超混沌系统设计了一个通信系统模型。该通信系统不需要实现混沌系统的同步,而是利用混沌系统本身的特性实现信号的调制与解调。针对传统的混沌掩盖保密通信的两个弊端,分别采用改进的基于状态观测器的同步方法和双系统法对其进行优化,提出了一种新的保密通信方案,较好的解决了掩盖保密通信中存在的问题。最后,基于该方案在Simulink系统仿真环境下构建了整个通信系统的模型并给出了实验结果。