天空亮度是大气光学中的一个重要概念，实时探测天空亮度在空间目标识别、气溶胶光学特性反演等领域有着重要的应用。我们根据实际需要提出了一种采用半球形结构的新设计，理论上分析了探测天空亮度的可行性，并初步建立起一套可见和近红外波段的探测系统，实现了非恶劣天气条件下白天的天空亮度测量。　　 利用该系统，在合肥地区进行了白天天空亮度的测量，初步分析了天空亮度在时域、空域、频域分布的特征，并尝试性地讨论了天顶亮度和能见距的关系。结果显示：不同高度角、方位角的天空亮度的时间分布呈相似的二次曲线变化，主要差别体现为在坐标上的平移和缩放；天顶亮度随太阳高度角的变化近似于椭圆；晴天时，太阳是影响天空亮度空间分布的最重要因素，各个方向的亮度与一天中太阳在天空中方位的变化相一致；天空亮度的功率谱呈幂率关系；能见距一天顶亮度曲线有明显的双值性，其显著程度主要由能见距曲线关于天顶亮度最大值时刻的对称程度决定。　　 根据对本系统测量结果的分析，提出了更详细的设计方案，并就存在的问题进行了讨论。