搭建简易的基于NTRIP协议的CORS系统

Posted 2023-02-23

参考技术A         最近在做的无人机项目需要用到RTK高精度定位，之前都是通过自建基准站的方式实现的，基准站和移动站之间通过数传电台传输RTCM差分数据，这种方式的好处是系统封闭，不依赖于第三方，缺点是每次都要架基站，甚至发生基站忘带走的情况，另外一个不足是基站本身的定位坐标是通过平均一定时间的定位值得到的，和真值存在的误差也会导致移动站的定位结果虽然相对误差很小，但是绝对误差有可能较大，现在希望通过千寻位置的CORS服务实现RTK定位，一方面免去了建基站的过程，另一方面千寻基站的定位坐标是经过校准的，带来的问题是RTCM数据的获取需要通过一条2G/4G的链路，这条链路一般通过DTU实现。

       Cors服务的接入一般通过NTRIP协议，千寻位置也支持这一协议，正好手头有一个Cat.1的DTU模块，但是本身并不支持NTRIP协议，NTRIP本身是通过HTTP实现，交互也并不复杂，所以准备用这个DTU自己实现CORS的接入，要调试就需要有个CORS账号，但是千寻的账号并不便宜，免费试用也只有5个小时（一开始并不知道只有5个小时，我某天晚上申请的，21点左右激活，捣鼓了几下就睡觉了，第二天发现凌晨就过期了，浪费了这5个小时），仅为了调试有点儿不值当，所以准备自建一个CORS系统，调试更方便一些。

       NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol)是一种基于HTTP协议的数据传输协议, 在互联网上进行NCT, RTCM, CMR, CMR+等等数据传输的协议. NTRIP协议主要由NTRIP Client，NTRIP Caster，NTRIP Server，NTRIP Source四个部分组成。

Ntrip Source用来产生GNSS差分数据，并把差分数据提交给Ntrip Server。

Ntrip Server负责把GNSS差分数据提交给Ntrip Caster。

Ntrip Caster差分数据中心，负责接收、发送GNSS差分数据。

Ntrip Client登录Ntrip Caster后，Ntrip Caster把GNSS差分数据发送给它。

       RTKLIB是日本东京海洋大学开发（Tokyo University of Marine Science and Technology）开发的一个开放源程序包，供标准与精确GNSS全球导航卫星系统应用。RTKLIB包括一个可移植的程序库和几个应用程序（AP）库。

       其中的应用程序strsvr.exe可以轻松实现NTRIP Caster/Server，srctblbrows.exe可以浏览NTRIP Caster的信息。

       u-center是u-blox配套自己产品的调试工具，功能强大，支持通用协议，也可以用于其它品牌产品的调试。

       uSTAR是北斗星通/和芯星通配套的调试工具，可以作为客户端接入NTRIP。

       由于环境搭建的目标仅是用于调试，所以可以将NTRIP中的每个组成部分简化成单节点，甚至可以将Source和Server或者Server和Caster合并在一起，我根据手头设备的情况，简化后的逻原理图如下：

       手头有一对儿基于和芯星通UM4B0（多系统多频点）的接收机，本身已经内置了一个915MHz的数传电台，UM4B0的COM2连接电台，两台分别配置成基准站和移动站即可实现RTK定位，从COM1可以读取定位数据。

       现在将基站的COM1也配置成RTCM输出口，作为NTRIP Source，配置指令如下：

       这样同时可以使用原来内置的数传电台完成RTK，用于调试的时候验证接收机是否正常。

       直接使用RTKLIB的strsvr.exe从COM1读取RTCM数据，然后输出配置成NTRIP Caster（相当于Server和Caster合二为一了），如下图：

       配置完成后，点击Start。

       (0)Input的数据正常则前面的小方框变成绿色，串口无法打开或者数据有问题则小方框为红色；

       (1)Output如果有Client接入则前面的小方框变成绿色，如果没有Client接入则小方框为黄色。

       启动成功后，界面的最下面一行会显示串口信息和接入的Client的IP和端口。

       手头另外一个UM4B0作为移动站，使用u-center通过串口连接，如下：

       使用u-blox ZED-F9P通过一个已经支持NTRIP的DTU接入：

       我所有的测试设备都是放在家里的一个阳台上，楼层低，并且阳台外面都是楼和树，遮挡还是比较严重的，所以虽然可以定位，但是卫星信号受干扰较大，大部分时间只能是浮点解（Float，GNGGA的标志位为5），偶尔可以固定解（Fix，GNGGA的标志位为4），但可以证明NTRIP正确建立了。以上的试验都是在一个局域网里完成的，如果需要在别的地方测试，那么还需要这个Caster可以在公网被访问到。

       公网访问的问题其实和NTRIP本身关系不大了，由于通过家里的宽带解决这个问题还是折腾了半天的，所以一并写下来。

       家里共有两条宽带线路，一条联通的作为主力，一条移动赠送的作为替补。既然需要公网访问，那么就得先有一个公网IP，哪怕这个IP不是固定的。移动宽带便宜是有便宜的道理的，网路不是很稳定，并且有些海外网站访问不了，并且只有内网IP，抱着人家也没收钱，我也就别要自行车的心态，放弃。我印象中联通宽带是有公网IP的，结果登进去光猫一看，居然也变成VLAN的内网IP了，上网一查，据说网络升级的时候改变了网络规划，统一默认内网IP了（也许为了回收IPV4资源），但是打010112可以要求改回公网IP。此时已是凌晨0点多了，试验心切，抱着试试看的心理拨通电话（好像在打情感咨询热线），转人工，说要求，对方很清楚这个业务，没有废话，核对身份，然后说转后台，等待振铃，另一个人接电话，再次核对身份，最后说挂电话后，光猫断电，然后5-10分钟后重新上电，挂电话。一切照办，重新上电后公网IP顺利回归，赞服务（虽然由于他们改设置的时候也没给我个通知）。

       有了公网IP后，理论上通过DMZ或者虚拟主机映射到局域网里的一台主机（运行NTRIP Caster的计算机）上，就可以实现外网的访问了。联通宽带赠送的光猫是自带路由和WLAN的，每次通过自带的路由PPPoE自动拨号上网（并且不允许使用外接的路由器拨号）。我登录光猫发现有NAT选项，支持DMZ和虚拟主机，但是我各种设置各种重启，就是实现不了外网访问，严重怀疑这个NAT就是个摆设，闹着玩儿的。

       如果用外置的路由器设置DMZ，就变成两层NAT了，更不可能了，所以就想把光猫的路由功能跳过去，让它只当个猫就好了，别干路由的活儿了，可是设备的连接模式那里的PPP是灰色的，不让用户改。不过既然有这个选项，说明功能还是有的，只不过人为屏蔽掉了，再次上网搜索，光猫型号F427Za，果然有办法改成桥接模式，不但可以用外置路由拨号，还间接提升了网络整体的性能，各干各的活儿嘛。具体操作方法我就不重复了，请参考：

最后通过外置的路由器设置DMZ主机，顺利实现Client通过公网访问Caster。

       意外发现我的WiFi路由器支持DDNS，所以再进一步绑定一个域名，这样每次重启路由器就不用单独去查询公网IP了。登录花生壳网站准备申请一个动态域名，提示我的惯用用户名已被申请，我隐约记得八九年前我确实申请过，再次试试看的心态找回密码，还真是我申请过的，居然还留着我的账户信息，激活原来的域名，在路由器上输入相关信息，用NTRIP Client测试域名方式登录，没有问题。