本发明属于时空数据补全技术领域，具体涉及一种基于复合非凸函数和结构回归的时空数据补全方法，步骤包括将待补全的时空数据存储为三维张量形式的目标张量；构造目标张量的WCT范数，用于捕捉变换域中时空数据的全局多维低秩特性；构造目标张量的结构回归模型，用于揭示复杂的时空数据相关模式；结合WCT范数和结构回归模型，构造时空数据补全模型，并引入辅助变量和附加约束条件，转化时空数据补全模型的目标函数；采用交替方向乘子法求解转化后的目标函数，得到目标张量的最优解，完成对时空数据的补全。本发明有效地捕捉变换域中张量的全局多维低秩属性，提升了张量恢复的效果。