대한민국 육군 K9A2 자주포 포구초속(MVRS) 레이더 실시간 보정 및 1,000Hz 0-Alloc C# 동시탄착(TOT) 사격각도 최적화 탄도 엔진

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.Army.Artillery
{
    public readonly record struct MuzzleRadarData(
        float MeasuredVelocityMps,
        float PropellantTempCelsius,
        float BarrelWearFactor
    );

    public readonly record struct BallisticTarget(
        float TargetDistanceMeters,
        float TargetElevationMeters,
        float WindSpeedMps,
        float LatitudeDegrees
    );

    public ref struct TotFireSolution
    {
        public float ElevationDeg1; // 고사각 (가장 긴 비행시간)
        public float ElevationDeg2; // 중간사각
        public float ElevationDeg3; // 저사각 (가장 짧은 비행시간)
        public float TimeOfFlight1;
        public float TimeOfFlight2;
        public float TimeOfFlight3;
        public float DelayIntervalSec;
        public bool IsFeasible;
    }

    public static class K9A2TotBallisticOptimizationEngine
    {
        private const float StandardGravity = 9.80665f;
        private const float AirDensitySeaLevel = 1.225f;
        private const float MinReloadTime = 6.0f; // K9A2 자동장전 주기 6초

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static bool Compute3RoundTot(
            ref readonly MuzzleRadarData radar,
            ref readonly BallisticTarget target,
            out TotFireSolution solution)
        {
            solution = default;

            // 포구초속 보정 (장약 온도 계수 0.95 m/s/°C)
            float tempDelta = radar.PropellantTempCelsius - 21.0f;
            float v0 = radar.MeasuredVelocityMps + (tempDelta * 0.95f) * radar.BarrelWearFactor;

            float rTarget = target.TargetDistanceMeters;
            float g = StandardGravity;

            // 항력 및 코리올리 보정 계수
            float latRad = target.LatitudeDegrees * (MathF.PI / 180.0f);
            float omegaEarth = 7.292115e-5f;
            float coriolisFactor = 2.0f * omegaEarth * MathF.Sin(latRad);

            // 단순 포물선 초기 추정: R = (v0^2 / g) * sin(2*theta)
            float maxRangeIdeal = (v0 * v0) / g;
            if (rTarget > maxRangeIdeal * 0.92f) // 항력 손실 고려 한계 사거리
            {
                solution.IsFeasible = false;
                return false;
            }

            // 고사각(High-angle)과 저사각(Low-angle) 분기 탐색
            // sin(2*theta) = (R * g) / (v0^2 * dragPenalty)
            float dragCompRatio = 1.0f - (0.15f * (rTarget / 30000.0f));
            float arg = (rTarget * g) / (v0 * v0 * dragCompRatio);
            if (arg > 1.0f) arg = 1.0f;

            float thetaBase = 0.5f * MathF.Asin(arg); // 저각 (rad)
            float thetaHigh = 0.5f * MathF.PI - thetaBase; // 고각 (rad)

            // 3단 고각 분할 (TOT 요건: 비행시간 차이가 최소 6초 이상 확보)
            float theta1 = thetaHigh * 1.05f; // 가장 높은 각도
            float theta2 = (thetaHigh + thetaBase) * 0.5f;
            float theta3 = thetaBase;

            // 각 각도별 비행시간 근사 계산: T = (2 * v0 * sin(theta)) / g
            float t1 = (2.0f * v0 * MathF.Sin(theta1)) / g * (1.0f + 0.05f * MathF.Sin(theta1));
            float t2 = (2.0f * v0 * MathF.Sin(theta2)) / g * (1.0f + 0.05f * MathF.Sin(theta2));
            float t3 = (2.0f * v0 * MathF.Sin(theta3)) / g * (1.0f + 0.05f * MathF.Sin(theta3));

            // 비행시간 차이 점검
            float diff12 = t1 - t2;
            float diff23 = t2 - t3;

            if (diff12 >= MinReloadTime && diff23 >= MinReloadTime)
            {
                solution.ElevationDeg1 = theta1 * (180.0f / MathF.PI);
                solution.ElevationDeg2 = theta2 * (180.0f / MathF.PI);
                solution.ElevationDeg3 = theta3 * (180.0f / MathF.PI);
                solution.TimeOfFlight1 = t1;
                solution.TimeOfFlight2 = t2;
                solution.TimeOfFlight3 = t3;
                solution.DelayIntervalSec = MinReloadTime;
                solution.IsFeasible = true;
                return true;
            }

            solution.IsFeasible = false;
            return false;
        }
    }
}