随着以混沌、分形为代表的非线性理论的日益发展，将非线性理论应用于信号处理，研究信号的非线性特征，得到越来越广泛的关注。传统的信号处理认为信号由确定性信号和随机信号这两个对立的部分组成。而混沌信号有别于这两大类信号，它由确定性系统产生，但行为却貌似随机信号，具有长期不可预测性。 水声信号处理是信号处理的一大分支。而舰船辐射噪声是水声信号中的一大类。从产生机理上来说，舰船辐射噪声信号的产生包括复杂的非线性过程。近期的研究表明，水声信号包括舰船辐射噪声中存在着一定程度的混沌行为。因此将非线性分析方法应用于水声信号处理，描述目标信号的非线性特征已成为现代水声信号处理的一个发展方向。 目前舰船辐射噪声的非线性处理研究主要集中在非线性特征提取、目标识别等方面，而从动力学系统模型的角度来研究舰船辐射噪声则基本处于空白。本文以相空间重构理论为基础，研究了非线性动力学系统的Volterra级数模型，提出以预测的方式由混沌时间序列来建立非线性系统模型的方法，并应用于舰船辐射噪声建模。 本文的主要研究工作如下： 1．从动力学系统角度出发阐述了非线性混沌时间序列预测的原理和方法。研究了Volterra级数用于表征非线性系统。提出基于Volterra级数模型的全局预测方法，较好地对混沌时间序列作出了(短期)预测； 2．讨论了Volterra级数的运算量，分析了将低运算量的有效途径。在研究用张量积来表示Volterra级数的基础上，提出了“可分离的Volterra级数模型”，显著降低了Volterra级数的运算量； 3．从理论上阐述了非线性混沌时间序列的预测模型与动力学系统的关系，表明在一定条件下，时间序列的预测模型和产生该时间序列的原始动力学系统是等价的。提出通过混沌时间序列的预测宋估计系统模型参数的方法； 4．研究了Volterra级数模型的维数、延迟时间、模型阶数对混沌时间序列建模的影响。并以仿真的方式，研究了噪声对非线性系统建模的影响。引入基于相空间的局部投影法对带噪的混沌时间序列进行了降噪处理，明显提高了Volterra级数模型的抗干扰性能。 5 分析了儿种系统混饨性判据的优缺点，提出基丁模型的系统混饨性判别方法； 6 研究了舰船辐射噪声的相空间重构。从自相关函数及互信息嫡两个方面讨论了相空间重构中延迟时间的选择。引入伪邻近点法用于确定相空间重构的嵌入维数； 7 将VOlterra级数应用于舰船辐射噪声的非线性建模，从动力学系统角度表明是舰船辐射噪声中确实存在混炖特性，且舰船辐射噪声是以周期或准周期信号为主体，含有部分非周期信号的有限混饨信号。通过对比舰船辐射噪声及其模型序列的功率谱，进一步说明Volterra级数模型不仅能反映舰船辐射噪声的混炖性，办能反映舰船辐射噪声的周期性，是一个较为全面的模型，适合于舰船辐射噪声这类复杂水声信号的建模分析。