中高层大气探测激光雷达作为一种主动式中高层大气探测手段,已成为中高层大气(海拔80~150km)探测的主要手段。根据对于中高层大气的激光雷达而言,必须在晴朗的气象条件下才能安全运行,并且在多云、雾和霾等天气环境下,也无法获得优质的探测信号。目前各地的激光雷达台站多采用专业人员值守,配合当地天气预报、卫星云图来判断台站上空的低层大气活动,人员值守工作强度较大,同时天气预报和卫星云图等判断尺度较大,难以实时精确报告激光雷达上空气象情况。因此,中高层大气探测激光雷达目前还无法做到无人值守和自动化运行,这一问题已经成为制约激光雷达大规模推广应用的瓶颈问题。本文开发出一套用于激光雷达运行气象条件判断的专用系统样机,通过相机拍摄夜空图像,提取图像中的气象特征,实现不同天气类型的分类;并且能够预测激光雷达的最大瑞利高度和30km回波信号强度,这些工作将为激光雷达的安全运行、提高激光雷达的工作效率和年运行时长有较大的帮助。主要工作如下:(1)设计一套夜空图像拍照装置,设定合适的拍照参数,分别建立武汉地区和北京延庆地区不同天气类型夜空图像数据库;并获取13600张武汉地区和1800张北京延庆地区的夜空图像。(2)对夜空图像进行图像分析,在充分考虑夜间相机曝光时间对星星识别的影响的基础上,归纳出一种星星数量的识别算法,能够根据图像灰度分布差异,对进行天气分类。(3)将延庆地区晴朗天气图像与激光雷达的实测的瑞利信号进行相关性研究,分别获得可识别星星数量与激光雷达最大瑞利探测高度的拟合曲线,以及可识别星星数量与激光雷达30km回波信号强度之间的拟合曲线。(4)应用上述研究结果,开发一套用于激光雷达运行气象环境监测的软件,能够对延庆的夜间天气类型进行预判,在晴朗的天气条件下能够预测激光雷达的最大瑞利探测高度,效果良好。最终,本文所开发的激光雷达运行夜空环境判别系统样机,已经用于子午二期激光雷达工作中,为激光雷达的自动无人值守运行提供技术支持。