在日常气象业务化测量中，云高、云量和云状是云观测最基本的要素。传统的观测手段主要是目测，需要气象员每天定时定点记录。随着激光雷达技术、信号处理技术、全天空成像及图像处理等技术的发展，气象要素业务化测量仪器也迅速发展起来，其中云高和云量自动化观测设备已经应用于气象测量中。但对云高、云量的观测是分别通过激光云高仪和全天空成像仪等设备独立完成的。为了使得到的气象数据更具统一性、普适性，一般需要将激光云高仪和全天空成像仪布置在同一气象观测站，既实现了云高测量又实现了云量测量。在实际气象业务化测量时，更倾向于使用同一设备来实现云量、云状以及云高的观测，这样测得的数据能够在时间地点上高度统一，便于数据融合分析。目前并没有同时测量云高和云量的气象系统。本论文围绕云的自动定量观测需求，针对目前单一设备探测能力不足，数据难以有效融合反演的问题展开研究。初步设计了具有全天空成像功能的云探测激光雷达系统，以主被动结合的方式实现云高和云量的同时测量。首先通过ZEMAX软件模拟了主动探测模块激光云高仪的光路及光学效率，并对信噪比做了分析。其次被动成像模块利用加装鱼眼镜头的数字相机来获取全天空图像，并研究了蓝红比值的阈值分割算法，实现了全天空云量提取。再次结合激光云高仪的剖面数据和全天空成像仪的云二维分布数据做了初步融合分析，进行精确的云高判别、云量反演与云种分类研究。从测量云高的角度来说，云高仪的自动云底高度计算方法受到大气环境影响，在雾霾天气时容易出现误判，将雾霾误判为云底。而被动全天空成像仪拍摄的天空图像能够识别雾霾，可作为激光云高仪云底识别的判据，提高云底识别准确率，论文给出特例，验证了方法可行；从云量估算、云类判别的角度来看，对全天空图像的分析可以得出天空总云量，结合主动模块云高仪的云高数据，可以通过数据融合来估计天空中云的空间分布，实现云的更准确分类，从而揭示了数据融合的意义。