Photo by ROBIN WORRALL on Unsplash，本文来自微信公众号：我是科学家iScientist（ID：IamaScientist），作者：呜喵王·文和
疫情期间，我们多了一个生活必需品：健康码。这个藏在手机里的通行证，你要去哪里，得先看看它的脸色。
前段时间网上流传过一个段子：有人因为手机IP地址改到国外，结果，健康码就变了颜色，于是又悲剧地被隔离了——
当然，你知道这只是个段子就好。或者说，这只不过是一个披着技术外衣的谣言。
健康码靠什么定位？
国内各省的健康码背后都有一套复杂的数据计算方式，而评判用户健康码颜色的指标之一就是“定位”，也就是根据手机的定位信息检测手机的持有者是否出过省或是否去过高危区域。
不过，此处的“定位”并不是依赖于软件修改过的IP地址。
每个接入网络的设备，如手机、电脑、pad都有自己的IP地址。这个IP地址与设备接入网络的区域位置有关，相当于固定电话的区号。所以知道了IP地址，就大概知道了这个地方在哪。比如一说010，大家就都知道是北京。而上网设备的IP地址其实是可以通过一些软件修改的，这样的话，一台位于北京的手机也可以暂时获得西雅图的“区号”。
仰赖智能手机，健康码等疫情防控手段才能够普及 | Pixabay
然而，健康码的定位并不会考虑IP地址。
那手机依靠什么途径来确定自己的地理位置？
靠卫星。健康码的定位服务是由卫星提供，并且还有通信基站帮忙提高定位精度。
所以，就算软件把你的IP地址改到南极圈，也不会影响你的健康码真实定位。
健康码的背后，卫星定位功不可没 | NASA，Wikimedia Commons
那么，卫星到底是如何定位的？
实际上，卫星并不会直接告诉“你在什么地方”，而是由卫星告诉你“它在什么地方”。得知卫星在地球上空的具体位置后，你的手机会观察自己距离卫星有多远，以及卫星在自己的什么方向，最后反推出来手机机主身处何处。
具体的推算过程，其实用中学数学的几何知识就可以解释——
图 | 作者创作
如上图。四颗卫星与手机的连线能够组成一个四角锥体（就像倒过来的金字塔），而这个锥体的每条边长、每个交角的度数都是已知的。那么，我们只需要知道每个卫星的坐标，就能在三维坐标系中根据三角函数原理算出手机主人的坐标。
这一运算的过程并非由卫星完成，而是手机里接收卫星信号的芯片完成的。
卫星定位，不只美国GPS一家
提起“卫星定位”，大家往往脱口而出“GPS”，也就是Global Positioning System的英文缩写。但其实，GPS只是卫星定位系统中的一种。
准确说，为手机提供定位的系统是GNSS，全称是Global Navigation Satellite Systems（全球导航卫星系统），它不仅包括天上飞的卫星，也包括地面上的附属设施。现在的GNSS一共有4家：中国的北斗系统、美国的GPS、欧洲的伽利略系统（Galileo services），以及俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）。大家之所以提起卫星定位就默认GPS，完全是因为GPS知名度太高。
曾经是军用的GPS，如今早已飞入寻常百姓家 | Pixabay
GNSS最初只有美国的GPS和俄罗斯（前苏联）的GLONASS两家，它们都诞生于冷战时期，起初是为核潜艇和洲际导弹提供导航，并不开放民用。直到1984年，韩国一架客机因为导航问题飞进了前苏联的勘察加半岛上空而被击落，美国决定开放低精度的导航服务给民用市场。
最初，中国也依赖于GPS为军舰和导弹提供导航。但是后来因为国际关系的波动，GPS在中国暂时失效。中国转而寻找欧洲合作，希望共同开发伽利略系统，但却无法接触到核心技术。最后，中国决心研发自己的导航系统，于是有了北斗。
现在，我们手机里用来定位的芯片不仅仅接收GPS的信号，还同时在接收北斗卫星的信号。北斗的定位速度比GPS更快，精度比GPS更高；GPS的优势在于，它在民用市场耕耘多年，所以用户更习惯。
如果卫星精度不高，会不会错把我定位到高风险区？
前面提到，卫星定位的基础就是由卫星向手机发送自己的位置，而发送的信号则是通过电磁波传递的。不过，电磁波在遇到物体的时候不可避免会产生反射或者被高大的建筑挡住，这可能会导致手机等观测设备接收不到卫星的信号。而且大气层里的电离层、雷雨云等都可能会干扰卫星信号，让你的手机找不准卫星的准确位置，最终导致较大的定位误差。
误差的出现带来了不少麻烦。以当下为例，如果人们离疫情高风险地区只有百十来米的距离，虽然没有真的进入高风险区，但错误的定位可能会以为人们去过那里，让你的健康码变了色，岂不是很糟糕？
通信基站可以帮助提高定位精度 | Erwin Krauss，Wikimedia Commons
为了减少这种误差，就需要通信基站来帮忙了。
基站一般是安装在固定的铁塔上，所以基站的坐标是固定的。同时，基站也会接收卫星信号，计算自己的坐标。所以说，基站本身会拥有两个位置坐标：真实的坐标与卫星定位计算出来的坐标，而二者之间的差值就是卫星信号被干扰时产生的误差。于是，基站会将这个误差告诉自己周围所有的手机，让手机们也减去这个误差的影响，以提高定位的精度。
现在手机的定位精度一般可以控制在几米之内，而专业的观测设备甚至可以把误差缩小到2厘米以内。也就是说，如果你从一个疫情高风险小区旁边路过，隔着一条十几米宽的马路，是不会担心健康码会变色的。但是如果离得太近，非要挨着围墙在边缘疯狂试探，那就说不好了……如果卫星信号误差稍微大一点，可能就会被判定为“去过高危地区”了。
你的健康码变红过吗？
参考文献：
[1] 李天文. GPS 原理及应用[M]. 科学出版社, 2003.
本文来自微信公众号：我是科学家iScientist（ID：IamaScientist），作者：呜喵王·文和，编辑：Kamin，排版：雷颖
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