根据非线性动力学相空间重构理论，分析了基于时延法的重构相空间维数和延迟时间的选择确定方法，比较了Lorenz吸引子、某舰船目标和高斯白噪声三类信号的相似序列重复度（RPT）特征，表明舰船目标噪声的非线性RPT特征具有明显不同于随机噪声和确定性信号的几何特性；通过对非线性RPT特征相轨迹参考点的改进，将其应用于海洋目标噪声的分析与处理之中，建立了提取水声目标信号非线性RPT特征的模型；通过对试验数据非线性RPT特征的提取，表明非线性RPT特征能够有效地区分水下目标和水上目标，水下高速目标和水下低速目标，水上大型目标、中型目标和小型目标。因此，该海洋目标噪声非线性RPT特征提取模型可以有效地区分不同类型的海洋目标，为水声目标识别提供了一种新的思路和方法。