近年来,异常气候导致的强降雨给我国防汛抗洪工作提出了极其严峻的考验,水坝作为防洪工作的重点,必须对其进行有效的形变监测。全球导航卫星定位系统(GNSS)定位技术由于其具有精度高、全天候、实时性强等诸多优点,已成为位移和形变监测领域的研究热点之一。目前使用的多数GNSS接收机是多频多模的,价格昂贵,虽然静态定位精度能达到毫米级,但其成本超过了大部分结构体形变监测成本和实时性的要求。因此,本文研究了载波相位差分定位原理,设计了一套基于长距离无线通信(LoRa)高精度差分形变监测系统,具有的性价高、部署简单的等特点,对推动GNSS定位技术在形变监测领域的应用极具意义。本文提出的大坝形变监测系统是基于载波相位差分算法建立的,深入研究了载波相位差分技术及系统。对GNSS导航定位原理、定位误差来源及修正的方法进行了详尽介绍,然后对伪距差分和载波相位差分定位方法进行了研究。阐述了载波相位差分算法中最关键的整周模糊度解算过程,重点研究了最为成熟的LAMBDA算法。然后创新性提出使用K-Means聚类算法对差分定位的异常数据进行剔除;在姿态解算部分,采用卡尔曼滤波对陀螺仪和加速度计进行数据融合,通过MATLAB对上述提出的算法进行仿真,证明了算法的可行性,并通过编程把算法应用到工程中。其次,针对本监测系统设计方案,构建了硬件平台,在系统中主要针对高性价比的移动站硬件设计,主要包括:微处理器模块、NEO-M8T定位板卡模块、姿态检测模块等电路设计,经测试该移动站的差分性能与专业的Novatel卫星测量板卡相近,价格大约是其的二十分之一。基准站和移动站之间要传输大量的差分电文,如星历、伪距、载波相位、多普勒频移和CNR观测值等信息,本文使用LoRa技术把差分电文广播给移动站,有效降低通信成本。然后用GPRS通过服务器把定位结果转发到Web客户端。在软件系统中,主要设计了差分软件用于进行差分定位解算,服务器用于数据处理和转发监测数据,Web客户端用于显示监测情况。最后,在户外测试系统的监测精度,并对数据进行分析。实验结果表明,设计的高性价比的移动站的差分定位精度与专业级卫星测量板卡相近,静态定位精度能达到厘米级别;姿态测量精度达到0.02?,能达到大坝形变监测目的。本文设计的系统采用了自主设计高性价比的接收机,低成本的数据传输,且精度满足要求,具有广泛的实际应用前景。