대한민국 해군 양양급 소해함 AUV 합성 개구 소나(SAS) 도플러 위상 보정 및 1,000Hz 0-Alloc C# 해저 기뢰 식별 엔진

3. 1,000Hz 0-Alloc C# AUV 합성 개구 소나(SAS) 위상 보정 및 기뢰 식별 엔진

GC 지연을 배제한 `ref struct`와 고속 인라인 수학 연산을 적용하여 핑 간 위상 보상과 기뢰 음향 그림자(Acoustic Shadow)를 고속 탐색하는 C# 코드입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

public ref struct MshSasMineClassificationEngine
{
    private readonly float _carrierFrequencyHz;
    private readonly float _nominalSoundSpeedMps;
    private readonly float _rxArrayLengthM;
    private readonly float _phaseSensitivity;

    [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
    public MshSasMineClassificationEngine(
        float carrierFreqHz = 300000.0f, // 300 kHz 고주파 SAS
        float soundSpeedMps = 1500.0f,
        float rxLengthM = 0.05f)
    {
        _carrierFrequencyHz = carrierFreqHz;
        _nominalSoundSpeedMps = soundSpeedMps;
        _rxArrayLengthM = rxLengthM;
        _phaseSensitivity = (4.0f * MathF.PI * carrierFreqHz) / soundSpeedMps;
    }

    [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
    public void ProcessPingAperture(
        ReadOnlySpan rawPingReal,
        ReadOnlySpan rawPingImag,
        float estimatedSwayDriftM,
        Span focusedPingIntensity,
        out float targetAcousticShadowLengthM,
        out bool mineSuspectDetected)
    {
        // 1. 도플러 횡방향 요동에 따른 위상 보정각 산출
        float phaseErrorRad = _phaseSensitivity * estimatedSwayDriftM;
        float cosComp = MathF.Cos(-phaseErrorRad);
        float sinComp = MathF.Sin(-phaseErrorRad);

        int sampleCount = Math.Min(rawPingReal.Length, focusedPingIntensity.Length);
        float peakEcho = 0.0f;
        int peakIndex = 0;

        // 2. 위상 역회전 합성 및 음향 강도 프로파일 계산
        for (int i = 0; i < sampleCount; i++)
        {
            float r = rawPingReal[i];
            float img = rawPingImag[i];

            // 복소수 곱 (r + j*img) * (cos - j*sin)
            float compReal = r * cosComp - img * sinComp;
            float compImag = r * sinComp + img * cosComp;

            float intensity = compReal * compReal + compImag * compImag;
            focusedPingIntensity[i] = intensity;

            if (intensity > peakEcho)
            {
                peakEcho = intensity;
                peakIndex = i;
            }
        }

        // 3. 기뢰 특유의 고반사체 후방 음향 그림자(Acoustic Shadow) 영역 탐지
        int shadowSamples = 0;
        float shadowThreshold = peakEcho * 0.04f;

        for (int i = peakIndex + 1; i < sampleCount && i < peakIndex + 150; i++)
        {
            if (focusedPingIntensity[i] < shadowThreshold)
            {
                shadowSamples++;
            }
        }

        // 표본 거리에 따른 그림자 길이 환산 (표본 주기 20us 기준)
        targetAcousticShadowLengthM = shadowSamples * 0.015f;

        // 고반사 하이라이트와 뚜렷한 음향 그림자(0.8m 이상) 동시 충족 시 기뢰 판정
        mineSuspectDetected = (peakEcho > 100.0f && targetAcousticShadowLengthM > 0.8f);
    }
}