云是地气系统辐射收支的主要调节者，是影响地气系统辐射平衡的重要因素。云的观测工作一直是气候研究、天气分析与预报工作的基础。但长期以来，云的地基观测仍然以人工目测为主。从20世纪60年代以后，利用气象卫星进行云的遥感成为重要的观测手段，取得的大量云观测资料，成为研究云的全球分布和变化规律的重要基础数据。尽管卫星遥感可获得全球分布、昼夜连续的云资料，但由于其空间分辨率以及对云底和多层云的下层云的观测能力的限制，仍然不能完全满足大气科学研究的需要。而研究表明，云底高度是影响地球长波辐射能量收支的重要因子之一。此外，卫星遥感数据的准确性也需要地面云观测资料的验证。因此，地基的云观测仍然是必要和重要的云观测手段之一。而目前以人工目测为主要手段的地基云观测方法，并不足以提供时间分辨率高、昼夜准确性一致和客观的云观测资料，有必要研究一种测云手段以实现云的地基连续客观定量观测。　　 论文针对云的地基宏观参数测量要求，利用非制冷红外焦平面阵列与宽视场红外镜头进行了地基测云研究，研制了红外测云传感器；针对红外测云传感器辐射定量测量的要求，开展了实验室定标试验研究，弄清了非制冷红外焦平面阵列的温度效应特点，对原有的辐射定标模型进行了改进，提出了包含温度效应的辐射定标模型，并对定标的不确定度进行了评定，在此基础上设计了基于内定标黑体的现场定标方法，为利用非制冷红外焦平面阵列进行大气向下红外辐射实时定量测量提供了理论基础和方法。针对红外测云传感器宽视场特性，研制了球面辐射校准体等辐射定标设备，开展了非均匀性实验室测试，确定了非均匀性校正系数矩阵，实现了非均匀性校正，对非均匀性校正结果进行了评定，为准确获取天空红外辐射分布提供了基础。论文还研究了利用晴天辐射传输模拟结果和相应的天空辐射分布测量值进行替代定标的可行性，并对晴空替代定标结果的不确定度进行了评定。　　 论文利用辐射传输模式，研究分析了天顶角、水汽含量、能见度、气溶胶、云底高度、光学厚度等因子对8～14微米大气向下红外辐射的影响规律，以及利用气候统计水汽标高和实时近地面气温、湿度对可降水量进行估计的可行性。为了从大气向下红外辐射测量值中进行云检测，提出了不依赖于探空资料的，但与近地面大气状况有关的云检测阈值确定方法和云底高反演算法，通过与白天人工观测资料、激光测云仪观测资料的对比分析，验证了云检测、云族区分、云量计算和云底高反演等算法的可行性。此外，还分析了利用同一天顶角不同方位向下红外辐射值的离散性对天空非均匀性云层检测的可行性，以及采用纹理法进行晴空检测的可行性。在此基础上，提出了阈值与纹理相结合的云检测算法。　　 论文还研究了从全天空大气向下红外辐射分布的纹理和结构特征进行云分类的方法，分析了利用灰度共生矩阵、局部二值模型(LBP)谱等纹理方法进行全天空云分类的可行性，提出了描述云块结构特征的参数及其抽取方法，实现了对波状云、层状云、积状云、卷云和晴空等天空类型的分类识别。　　 非制冷红外焦平而阵列具有空间分辨力高、温度适应范围大、无需制冷设备等优点，被广泛应用于成像系统中。本文通过对非制冷红外焦平而阵列的定标试验研究，确定了其辐射定标模型，解决了应用其进行辐射绝埘定量测量问题，在此基础上研制成功了用于云的地基全天空红外遥感设备，实现了云的昼夜连续观测，为获取客观定量的云观测资料提供了手段。由于系统提供了丰富的云结构和分布特征信息，为进一步进行云状识别提供了条件，也为与气象卫星资料融合进行云的三维结构分析提供了基础。