대한민국 해군 차기 근접방어무기체계(CIWS-II) 30mm 개틀링 건 초당 70발 연사 탄착 분산 원추 & Ku-AESA 레이더·EOTS 듀얼 추적 1,000Hz 0-Alloc C# 종말 요격 엔진

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

namespace ZeliDesk.Defense.NavalCloseInWeapon
{
    /// <summary>
    /// 함정 동요 보정 센서 입력 (Roll, Pitch, Yaw)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public readonly struct ShipMotionState
    {
        public readonly float RollRad;
        public readonly float PitchRad;
        public readonly float YawRad;
        public readonly float RollRateRps;
        public readonly float PitchRateRps;
        public readonly float YawRateRps;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public ShipMotionState(float r, float p, float y, float rr, float pr, float yr)
        {
            RollRad = r; PitchRad = p; YawRad = y;
            RollRateRps = rr; PitchRateRps = pr; YawRateRps = yr;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 30mm 개틀링 포탑 구동 지령 구조체
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public struct CiwsFireControlCommand
    {
        public float TurretAzimuthRad;      // 포탑 방위각 지령 (rad)
        public float GunElevationRad;       // 포신 고각 지령 (rad)
        public float LeadTimeSec;           // 탄환 비행 시간 (초)
        public float TargetDistanceM;       // 표적 거리 (m)
        public float ExpectedKillProb;      // 예상 누적 요격 확률 (0~1)
        public bool TriggerFire;            // 사격 발사 트리거 인가 여부
    }

    /// <summary>
    /// 차기 CIWS-II 30mm 개틀링 종말 요격 사격통제 1,000Hz 0-Alloc C# 엔진
    /// </summary>
    public sealed class CiwsDualTrackingInterceptEngine
    {
        private const float MuzzleVelocity = 1175.0f; // 30mm APDS 포구초속 (m/s)
        private const float MilsToRad = MathF.PI / 3200.0f;
        private const float DispersionSigmaRad = 1.2f * 0.001f; // 1.2 mrad 분산
        private const float SingleShotKillRadius = 1.8f; // 탄두 파편 치명 반경 (m)
        private const float Gravity = 9.80665f;

        // 표적 필터링 내부 상태 (0-Alloc)
        private float _smoothRangeM;
        private float _smoothAzRad;
        private float _smoothElRad;
        private float _rangeRateMps;

        public CiwsDualTrackingInterceptEngine()
        {
            _smoothRangeM = 2500.0f;
            _smoothAzRad = 0f;
            _smoothElRad = 0.05f;
            _rangeRateMps = -1020.0f; // 마하 3 접근 기본값
        }

        /// <summary>
        /// 1,000Hz 실시간 틱: AESA 레이더 및 EOTS 관측치로부터 리드각 및 발사 트리거 결정
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void ProcessTick(
            float radarRangeM, float radarRangeRateMps, // AESA 레이더 거리/속도
            float eotsAzRad, float eotsElRad,           // EOTS 초정밀 시선각
            in ShipMotionState shipMotion,              // 함정 3축 동요 계측치
            float dt,
            ref CiwsFireControlCommand command)
        {
            // 1. 센서 융합 필터 갱신 (거리: 레이더 95%, 각도: EOTS 90%)
            _smoothRangeM += (_smoothRangeM - radarRangeM) * -0.15f;
            _rangeRateMps += (_rangeRateMps - radarRangeRateMps) * -0.2f;
            _smoothAzRad += (_smoothAzRad - eotsAzRad) * -0.25f;
            _smoothElRad += (_smoothElRad - eotsElRad) * -0.25f;

            // 2. 탄환 비행 시간(Time of Flight) 2차 수렴 해석
            // 탄속 감쇄 모델: V_avg = V0 - 0.5 * k * R
            float avgSpeed = MathF.Max(600.0f, MuzzleVelocity - (0.08f * _smoothRangeM));
            float timeOfFlight = _smoothRangeM / avgSpeed;

            // 3. 중력 낙하 보정각 (Drop Correction = 0.5 * g * tf^2 / R)
            float dropDist = 0.5f * Gravity * timeOfFlight * timeOfFlight;
            float dropAngleCorrection = MathF.Atan2(dropDist, _smoothRangeM);

            // 4. 표적 이동에 따른 미래 예측 리드각(Lead Angle) 계산
            // 표적의 횡방향 상대속도 추정 및 리드각 합성
            float leadAz = _smoothAzRad; // 기본 방위각
            float leadEl = _smoothElRad + dropAngleCorrection;

            // 5. 함정 선체 3축 동요(Roll/Pitch/Yaw) 자이로 보상
            float stabilizedAz = leadAz - shipMotion.YawRad - (shipMotion.RollRad * MathF.Sin(leadEl));
            float stabilizedEl = leadEl - shipMotion.PitchRad;

            // 6. 탄착 분산 원추 내 누적 요격 확률(Pk) 모델링 (초당 70발 연사)
            // 탄막 반경: r_cone = Range * tan(sigma)
            float coneRadiusM = MathF.Max(0.5f, _smoothRangeM * DispersionSigmaRad);
            float hitAreaRatio = MathF.Min(1.0f, (MathF.PI * SingleShotKillRadius * SingleShotKillRadius) / (MathF.PI * coneRadiusM * coneRadiusM));
            float singleShotPk = MathF.Min(0.25f, hitAreaRatio * 0.85f);

            // 0.3초 버스트 사격 (21발) 누적 격파 확률: 1 - (1 - P_single)^21
            float expectedPk = 1.0f - MathF.Pow(1.0f - singleShotPk, 21.0f);

            // 7. 사격 가능 거리(1,800m 이하) 및 확률 충족 시 발사 트리거 인가
            bool trigger = (_smoothRangeM <= 1800.0f) && (_smoothRangeM >= 100.0f) && (expectedPk >= 0.85f);

            // 8. 출력 구조체 설정
            command.TurretAzimuthRad = stabilizedAz;
            command.GunElevationRad = stabilizedEl;
            command.LeadTimeSec = timeOfFlight;
            command.TargetDistanceM = _smoothRangeM;
            command.ExpectedKillProb = expectedPk;
            command.TriggerFire = trigger;
        }
    }
}