混沌作为非线性动力学系统中特有的一种运动形式,广泛存在于自然界和人类社会中。因具有非线性、内在随机性以及对初始值极其敏感等特性,混沌在保密通信和图像加密等领域有着潜在的应用。而混沌信号被证明能够由非线性电路产生,使得混沌具有实际的物理应用价值。与一般的混沌信号相比,多涡卷混沌系统生成的混沌信号在相空间中能够表现出更加复杂的动力学特性,使得多涡卷混沌系统具有更好的应用潜力。因此,关于多涡卷混沌系统的研究及其电路实现得到了大量研究者的关注。而本文中新型多涡卷混沌系统指的是能够生成更复杂拓扑结构的多涡卷混沌吸引子或具有更多其他复杂动力学特性的多涡卷混沌系统。本文在新型多涡卷混沌系统的探索与动力学分析、电路实现和同步研究(混沌同步是实现保密通信等应用的前提)方面作了一些工作,具体的内容和创新之处可归纳如下:(1)提出并设计了一种基于互补金属氧化物半导体(Complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)工艺的第二代电流控制传输器(Second generation current-controlled conveyor,CCCII)电路,该电路具有宽动态范围、宽可调范围等优点。本文首次提出由线性电压-电流转换器、可调谐电流镜和低压共源共栅电流镜三种功能部件结合实现CMOS CCCII的创新性方案。基于这种方案设计的CMOS CCCII具有其内稟电阻与两个偏置电流的比值成比例关系,以及调节内稟电阻不影响其动态输入范围等优良特性。针对提出的CMOS CCCII进行了前后仿分析,并设计了相应的版图。此外,与相关电路的比较证明了提出的CMOS CCCII电路具有较优的性能。(2)提出了一个多吸引子周期多涡卷混沌系统,并且基于设计的CMOS CCCII构建了新提出混沌系统的相应电路。提出的混沌系统能够生成单吸引子周期、双吸引子周期、三吸引子周期甚至多吸引子周期多涡卷。由于设计的CCCII的内稟电阻可通过外部偏置电压或电流调节,基于其实现的混沌集成电路具有可调特性。值得注意的是,多吸引子周期多涡卷混沌集成电路采用电流信号而非电压信号作为状态变量,并且,它不包含任何无源电阻。本文针对所提出的混沌系统进行了数值仿真,并采用CMOS CCCII作为基本器件对混沌系统进行了集成电路实现。通过电路仿真与硬件实验验证了实现复杂多涡卷混沌集成电路的可行性。此外,将本文的混沌电路实现方案与已有的几种混沌电路进行了比较。(3)提出了一个新的多涡卷混沌系统,该系统不仅具有无限平衡点,而且能够生成多涡卷超混沌吸引子,具有复杂的动力学特性。通过系统关于参数a的Lyapunov指数谱分析,发现系统能够在不同的参数下表现出点吸引子、极限环、准周期吸引子、混沌吸引子和超混沌吸引子行为。其中一种混沌吸引子表现出特殊的拓扑结构,并具有大于3的Kaplan-Yorke分数维。此外,系统还具有多稳定性、Hopf分岔、边界危机以及依赖于初始值w(0)的持续超混沌态等其他丰富的动力学特性。硬件实验验证了提出的超混沌系统能够生成可控涡卷数量的混沌吸引子。通过对其吸引盆的分析,给出了具有特殊拓扑结构的混沌吸引子难以通过硬件实验进行复现的原因。最后,将提出的系统与相关文献中的多涡卷混沌系统进行了比较。(4)提出了基于多吸引子周期多涡卷混沌系统和具有无限平衡点的多涡卷超混沌系统的两种同步方法,并将其中一种同步方法应用于混沌保密通信中。分别设计了两种混沌同步系统对应的同步控制器,以实现其同结构同步:为多吸引子周期多涡卷混沌系统设计了一个耦合完全同步控制器,理论计算证明和同步仿真举例验证都表明了所设计控制器的有效性;为具有无限平衡点的多涡卷超混沌系统设计了一个自适应反相同步控制器并对其进行了理论证明,同步仿真举例验证了系统在该控制器的作用下能够实现反相同步(属于广义同步),并且能够辨识系统的未知参数。