随着GPS定位技术的发展，GPS定位精度日益提高，利用载波信号精确测量载体的姿态成为GPS应用中一个新的研究方向。论文针对载波相位测量相对定位理论，对基于GPS的单基线二维姿态测量理论与算法进行了深入的研究，设计并实现了一套GPS测向系统。　　 文章首先简单介绍了GPS系统的构成，简要阐述了GPS卫星的信号结构以及定位的两种基本方法。大致分析了GPS定位测量过程中的各种误差产生的原因和避免误差的办法。介绍了测量过程中用到的坐标系之间转换关系以及载体姿态计算方法。基于载波相位相对定位原理，文章对GPS测向算法进行了阐述。推导了载波相位测量差分方程，并利用卡尔曼滤波算法计算基线向量。论述了利用最小二乘搜索法搜索整周模糊度的方法，提出了一种基于最小二乘搜索法的整周模糊度解算方法的改进。然后对影响测量精度的因素进行了分析，并介绍了检测周跳的方法。　　 在理论分析的基础上，文章给出并实现了一种低成本的二维姿态测量系统设计方案。在数据采集方面，采用二进制数据的格式获得接收机的观测数据，以获得航向解算所需要的信息，包括载波相位观测信息和卫星星历信息，并分析了WGS-84坐标系下卫星坐标解算方法。在硬件设计部分，以ARM9核心板、两块NovAtel OEMV-1接收板及701单频天线为基础构建了GPS测向系统。在软件部分，利用功能模块化的思想设计了系统软件，给出了软件流程图，并通过C++语言编程实现软件系统。　　 最后，通过现场动态和静态实验对GPS测向系统的性能进行验证并进行了分析。静态实验包含可行性实验、不同卫星高度角下性能实验和不同基线长度性能实验。经过实验证明，GPS测向系统在静态环境中能够进行可靠测量，且测量精度较好。同时分析了静态观测下卫星高度角和基线长度对系统测量性能的影响。动态测试表明姿态测量系统可以在动态条件下稳定工作，但测量精度在复杂环境的情况下有所下降。