雷电现象是在强对流天气情况下发生的瞬间放电过程,是自然界中不可抗拒的天气灾害,其产生的危害也是巨大的。它给国家的财产安全和人民的生命安全造成了严重威胁。通过雷电监测系统来观察、收集和分析雷电活动,对易受雷电破坏的设备和场所来制定一套预警防范与灾后应急措施变得十分必要。而一个有效可靠的雷电监测系统是保证措施制定实施的关键。因此,本文在对比分析了市场上现有的一些雷电监测仪器的弊端之后,研究并设计了一套基于纳秒级时间戳的高精度雷电监测系统。本文从介绍雷电监测的实际意义开始,指出了现有雷电监测仪器的一些不足,然后结合雷电采集与定位的原理提出了本文的研究内容和目标。本文的研究内容包括:基于雷电形成原因与其放电特性,阐述了雷电传感器数据采集的基本原理;分析现有的雷电定位技术,结合系统设计目标选择合适的定位方法;根据确定好的方案对系统的硬件和软件进行设计,硬件部分包括主控MCU模块、电源模块、雷电流感应模块、信号处理模块、北斗授时定位模块、4G无线传输模块和SD卡存储模块;在硬件的基础上对软件程序进行了创新改进,大大提升了雷电监测仪器的波形还原和定位精度。最后,在采集与定位理论分析的基础上确定好系统的软硬件设计,并将设计好的雷电监测仪器进行小规模的实际应用测试。测试结果表明:该系统能够准确采集雷电发生时的雷电流数据,为后期雷电信息的分析处理提供准确的数据依据。后台软件通过该监测系统子站传输的数据可以较好地绘制出雷电的波形,还可以通过各子站提供的纳秒级时间戳来准确定位雷击点,定位精确度也符合理论预期值。大量实验结果表明本文设计的基于纳秒级时间戳的雷电监测系统具有定位精确高、小型化易安装、成本价格低、实用性强等优点,对标市场上现有的相关产品,具有一定的竞争优势。