本文课题来源于西南技术物理研究所提供的“激光雷达关键技术-激光测风雷达”项目。本课题旨在研究连续相干激光测风雷达在低空中小尺度的大气风场中，对三维风场信息快速、准确的提取方法。连续相干激光测风雷达因具有成本低、小型紧凑、精度高等优点，被广泛应用于低空大气风场测量，它的具体探测方式是：首先向目标空域发射出激光束，进而探测到大气中随风飘移的微小颗粒（气溶胶）对激光后向散射回波的多普勒频移,然后利用多普勒效应计算出沿激光束方向上的径向风速，再配合激光束的圆锥扫描和逐层扫描，最终实现对大气风场进行非接触式三维测量的一种现代光电技术。由于通过雷达直接探测得到的只是沿着光束方向的径向风速,而要全面获得大气的三维风场信息，就需对径向风速进行一定地反演，因此径向风速反演方法成为大气风场中激光测风雷达的关键技术。传统的径向风速反演方法有许多，其中VAD（VelocityAzimuthDisplay）方法以其计算简单、运算量小而受到广泛应用，但是由于VAD方法是建立在均匀或线性风场的假设条件之上，难以反映出真实的大气风场，因为真实的大气风场往往不是均匀或线性的，而是非线性风场，因此对非线性大气风场深入探讨具有更强的理论和实际意义。本文的研究目的正是基于传统的VAD方法，建立了一个对于线性风场与非线性风场都有较好反演效果的非线性VAD方法，该方法包括两个部分：非线性VAD反演技术和非线性VAD反演算法。第一个部分非线性VAD反演技术主要是建立从探测的径向风速反演推导出三维风场信息的模型，而第二部分非线性VAD反演算法的目的是通过模型计算时的数值反演算法。依据研究目的，通过对传统VAD方法和非线性VAD方法进行理论分析及实验对比分析，得出本文的主要研究成果：在比传统平均或线性风场更为复杂的非线性风场上，基于传统VAD方法进行创新，建立一套非线性VAD方法，具体工作分成两个方面：第一方面是对传统VAD反演技术进行改进，构建一套既适用于线性风场又适用于非线性风场的非线性VAD反演技术；第二方面是对非线性风场系数进行反演时，针对传统风场反演算法的不足进行改进，提出一种AGALM混合算法，以能快速准确的反演出需要的三维风场信息。