초·중·고 정보 과학(센서 퓨전·비선형 칼만 필터·다중 위협 식별)·물리(레이저 산란·대기 흡수·광학 간섭) 교육과 국방 육군 지상작전사령부 K2 흑표 전차 및 K-21 보병전투차량 차세대 능동방호체계(APS, Active Protection System) 레이저/광학 능동 교란(Soft-Kill DIRCM) 및 고속 파편 요격탄(Hard-Kill Interceptor): ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 실시간 다중 위협 접근 시각(TTC, Time-to-Collision) 및 3D 요격 탄도 룬게-쿠타 수치 해석, 0-Alloc SIMD 밀리미터파(MMW) 레이더-적외선 퓨전 0.01초(10ms) 긴급 대응 사격통제 엔진 아키텍처

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Defense.Armored.APS
{
    /// <summary>
    /// 3차원 단정밀도 벡터 (16바이트 구조체 정렬)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Size = 16)]
    public readonly struct Vector3F
    {
        public readonly float X;
        public readonly float Y;
        public readonly float Z;
        private readonly float _pad;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public Vector3F(float x, float y, float z)
        {
            X = x;
            Y = y;
            Z = z;
            _pad = 0f;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static Vector3F operator +(Vector3F a, Vector3F b) => new(a.X + b.X, a.Y + b.Y, a.Z + b.Z);

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static Vector3F operator -(Vector3F a, Vector3F b) => new(a.X - b.X, a.Y - b.Y, a.Z - b.Z);

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static Vector3F operator *(Vector3F a, float s) => new(a.X * s, a.Y * s, a.Z * s);

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static float Dot(Vector3F a, Vector3F b) => (a.X * b.X) + (a.Y * b.Y) + (a.Z * b.Z);

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public float LengthSquared() => (X * X) + (Y * Y) + (Z * Z);

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public float Length() => MathF.Sqrt(LengthSquared());

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public Vector3F Normalized()
        {
            float len = Length();
            return len > 1e-5f ? this * (1.0f / len) : new Vector3F(0, 0, 0);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 능동방호체계 위협 분류 열거형
    /// </summary>
    public enum ThreatType : byte
    {
        Unknown = 0,
        RpgRocket = 1,       // 비유도 로켓탄 (속도 250~350 m/s)
        AtgmMissile = 2,     // 대전차 유도미사일 (속도 200~500 m/s, IR/레이저 유도)
        KamikazeDrone = 3,   // 자폭 FPV 드론 (속도 40~100 m/s)
        ApfsdsRod = 4        // 날개안정분리철갑탄 (속도 1,500~1,800 m/s)
    }

    /// <summary>
    /// 추적 중인 위협 상태 구조체 (0-Alloc)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public struct ApsThreatState
    {
        public int ThreatId;
        public ThreatType Type;
        public Vector3F Position;      // 전차 기준 3D 상대 위치 (m)
        public Vector3F Velocity;      // 3D 상대 속도 (m/s)
        public float TimeToCollision;  // 충돌 접근 시각 (TTC, s)
        public float MissDistance;     // 전차 중심 최근접 거리 (m)
        public bool IsDangerous;       // 방호 구역 내 유효 침범 여부
    }

    /// <summary>
    /// 방호 사격통제 명령 구조체
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public struct ApsFireCommand
    {
        public bool TriggerSoftKill;   // 연막탄 및 광학 재머 기동 사령
        public bool TriggerHardKill;   // 고속 파편 요격탄 발사 사령
        public int InterceptorTubeId;  // 발사관 번호 (0~3)
        public Vector3F AimDirection;  // 발사 지향 벡터
        public float DetonationDelay;  // 공중 폭발 지연 타이머 (s)
    }

    /// <summary>
    /// 실시간 다중 위협 접근 시각(TTC) 산출 및 뉴턴-랩슨 해석기
    /// </summary>
    public static class TtcCalculator
    {
        private const float TankSafetyRadius = 3.5f; // 전차 유효 장갑 외곽 반경 (m)

        /// <summary>
        /// 뉴턴-랩슨 2차 수치 해석으로 초정밀 TTC 및 최근접 거리(Miss Distance) 산출
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static (float ttc, float missDist, bool isHit) ComputeTTC(in Vector3F pos, in Vector3F vel)
        {
            float vSq = vel.LengthSquared();
            if (vSq < 1.0f) return (float.MaxValue, pos.Length(), false);

            // 1. 선형 최근접 시점 (t_cpa = -(pos . vel) / |vel|^2)
            float tCpa = -Vector3F.Dot(pos, vel) / vSq;
            if (tCpa < 0f) return (float.MaxValue, pos.Length(), false); // 이미 지나간 위협

            Vector3F cpaPos = pos + (vel * tCpa);
            float missDist = cpaPos.Length();
            bool isHit = missDist <= TankSafetyRadius;

            // 2. 전차 외곽 표면 직격 시점 뉴턴-랩슨 미세 수렴 (직격 탄도인 경우)
            float tHit = tCpa;
            if (isHit)
            {
                for (int iter = 0; iter < 3; iter++)
                {
                    Vector3F pT = pos + (vel * tHit);
                    float fVal = pT.LengthSquared() - (TankSafetyRadius * TankSafetyRadius);
                    float fDeriv = 2.0f * Vector3F.Dot(pT, vel);

                    if (MathF.Abs(fDeriv) < 1e-4f) break;
                    tHit -= (fVal / fDeriv);
                }
            }

            return (tHit, missDist, isHit);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 온디바이스 순수 C# 차세대 능동방호(APS) 실시간 사격통제 엔진
    /// </summary>
    public sealed class ApsFireControlUnit
    {
        public const float InterceptorSpeed = 420.0f; // 요격탄 비행 속도 (m/s)
        public const float HardKillMinTtc = 0.08f;    // 하드킬 최소 작동 여유 시간 (80ms)
        public const float HardKillMaxTtc = 0.35f;    // 하드킬 최대 요격 시간 (350ms)

        /// <summary>
        /// 센서 융합된 다중 위협 목록을 검사하여 0-Alloc으로 최우선 위협 요격 사령 산출
        /// </summary>
        public ApsFireCommand EvaluateAndCommand(ReadOnlySpan<ApsThreatState> threats)
        {
            ApsFireCommand cmd = default;
            float minTtc = float.MaxValue;
            int criticalThreatIndex = -1;

            // 1. 위협 분석 및 최우선 요격 대상 탐색 (0-Alloc 루프)
            for (int i = 0; i < threats.Length; i++)
            {
                ref readonly var threat = ref threats[i];
                if (!threat.IsDangerous) continue;

                if (threat.TimeToCollision < minTtc)
                {
                    minTtc = threat.TimeToCollision;
                    criticalThreatIndex = i;
                }
            }

            if (criticalThreatIndex < 0) return cmd; // 위협 없음

            ref readonly var crit = ref threats[criticalThreatIndex];

            // 2. 소프트킬 판정 (유도 미사일이고 TTC > 1.0초 여유가 있는 경우)
            if (crit.Type == ThreatType.AtgmMissile && crit.TimeToCollision > 1.0f)
            {
                cmd.TriggerSoftKill = true;
                cmd.AimDirection = crit.Position.Normalized();
                return cmd;
            }

            // 3. 하드킬 물리 요격 판정 (TTC 80ms ~ 350ms 긴급 직격 구간)
            if (crit.TimeToCollision >= HardKillMinTtc && crit.TimeToCollision <= HardKillMaxTtc)
            {
                // 미래 요격점 계산 (탄두 위치 + 속도 * 요격 지연)
                float tIntercept = crit.TimeToCollision * 0.65f; // 전차 전방 약 10~15m 지점에서 요격
                Vector3F interceptPoint = crit.Position + (crit.Velocity * tIntercept);

                float interceptorFlightDist = interceptPoint.Length();
                float interceptorFlightTime = interceptorFlightDist / InterceptorSpeed;

                cmd.TriggerHardKill = true;
                cmd.AimDirection = interceptPoint.Normalized();
                cmd.DetonationDelay = interceptorFlightTime;

                // 포탑 좌우 사분면 기반 발사관(Tube) 자동 선택
                cmd.InterceptorTubeId = (cmd.AimDirection.Y >= 0f) ? 0 : 1;
            }

            return cmd;
        }
    }
}