随着GPS测量技术的发展，利用载波信号精确确定载体的姿态成为GPS应用中一个新的研究方向。文章通过载波相位相对定位理论，研究了利用GPS载波信息进行二维姿态的测量理论和算法，设计并实现了一套GPS测向系统。　　 本文首先阐述了伪距定位和载波相位定位两种GPS定位方法，讨论了定位测量过程中各种误差产生的原因及消除的方法。然后基于载波相位相对定位原理，对GPS测向算法进行了详细论述，介绍了卡尔曼滤波器在算法中的应用、测量过程中所用坐标系之间的转换关系以及航向计算方法；并对算法中的关键问题整周模糊度解算进行了论述；最后分析介绍了影响测量精度的因素和两种检测周跳的方法。　　 在理论分析的基础上，设计并实现了一套GPS测向系统。在数据采集方面，采用二进制数据的格式读取接收机的观测数据，以获得航向解算所需要的信息：载波相位观测数据和卫星星历信息，并分析了WGS-84坐标系下卫星坐标计算方法。在硬件设计部分，以工控机PC/104、两块NovAtel OEM4 GPS接收板及701单频天线为基础构建了GPS测向系统。在软件实现方面，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，通过静态实验和动态实验对GPS测向系统的性能进行验证并作了分析。静态实验包括与高精度专业GPS测向仪器对比的可行性实验、多种卫星截止高度角和不同基线长度的性能测试实验。经过实验证明，GPS测向系统在静态环境中能够高效可靠进行测量，且测量精度较好，同时分析了静态观测时卫星截止高度角和基线长度对系统测量性能的影响。动态实验中，系统在无遮挡的情况下能够稳定正确地测量载体的航向角和俯仰角。