激光云高仪原理是利用激光器向云体发射一束激光，当激光束到达云底部时会产生很强的后向散射，通过分析激光回波的变化，测量激光从发射到云底反射回来的时间，可以判别云底位置并计算云底高度，可昼夜连续工作。

激光云高仪主要由激光发射单元、接收望远镜、探测器以及数据处理单元等组成，如图2所示。激光发射单元一般采用半导体激光器，也可采用固体激光器。接收望远镜可以采用卡塞格伦望远镜。探测器一般为雪崩光敏二极管。后向散射信号的大小与激光功率等仪器性能参数、云底高度、云的类型和大气特性有关。通常情况下，探测距离越远，接收单元所接收到的信号也越弱。

激光测云仪的测量高度目前一般可达15000m左右。在云层较薄时可以同时测量多层云。激光云高仪以单点测量数据为基础构造一个关于时间和云层高度的二维数据序列，可按云层所占时间比进行估算云量，该云量有一定的气候学统计意义。观测业务对云高测量仪器的要求是：测量范围<30m-30km，分辨力30m，测量误差±10m，≤100m时；>±10%，>100m时。

长期以来，云的观测主要依靠人工目测进行。目测时一般选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或者平台上进行。云量目测可采用补贴法、等分法或球带法。夜间观测云量时，可根据星光被云层遮蔽的情况来判定。云状的观测按照分层、归属、定类的方法进行，区分3族10属29类。通常可先根据云的外貌、颜色、亮度、分布、移动以及云底高等情况，分清空中有几层云，然后判断其属于高云族、中云族还是低云族，是属于积状云、层状云还是波状云；最后再仔细观察云的细微特征，确定云的类别。云底高目测应当在正确判定云状的基础上，根据云体结构、透光程度、颜色深浅、移动、云块大小，结合本地区云底高季节变化规律、观测经验、飞行员的报告等综合判定。

20世纪初期，出现了利用可见光相机获取全天空图像的云观测技术研究。随着20世纪80年代数码影像系统研制成功，我国上海宝山气象局、四川省气象局等开展了凸面镜全天照相测云器的试验。由于大气状况复杂和云的多变，照相所获云图的定量处理在相当长时间内过于复杂，难于推广和业务化。80年代后期，出现了以半导体激光器为核心器件的激光云高仪，并表现出很好的云底高测量能力。90年代，出现了以固体激光器为核心器件的低功率、窄脉冲、对人眼无伤害、高重复频率的微脉冲激光测云仪。