해저 지진해일 음파-중력파(AGW) & 1,000Hz 0-Alloc C# 해저 수압계-지진계 융합 조기경보 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ZeliDesk.Defense.OceanPhysics
{
    /// <summary>
    /// 해저 4,000m OBS 수압계 및 3축 지진 가속도 센서 입력 데이터
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 8)]
    public readonly struct OceanBottomSensorFrame
    {
        public readonly double TimestampSeconds;
        public readonly double PressurePascals;     // 절대 수압계 (BPR, Pa)
        public readonly double AccelZ_m_s2;         // 연직 지진계 가속도 (m/s^2)
        public readonly double OceanDepthMeters;    // 수심 (예: 4000m)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public OceanBottomSensorFrame(double timestamp, double pressure, double accelZ, double depth)
        {
            TimestampSeconds = timestamp;
            PressurePascals = pressure;
            AccelZ_m_s2 = accelZ;
            OceanDepthMeters = depth;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 쓰나미 음파-중력파(AGW) 조기경보 산출 결과
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 8)]
    public readonly struct TsunamiEarlyWarningResult
    {
        public readonly double EstimatedFaultDisplacementMeters; // 추정 단층 변위 (m)
        public readonly double PredictedTsunamiWaveHeightMeters; // 연안 도달 예상 파고 (m)
        public readonly double LeadTimeSeconds;                  // 쓰나미 도달 잔여 골든타임 (초)
        public readonly bool IsTsunamiAlertTriggered;            // 조기경보 발령 플래그

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public TsunamiEarlyWarningResult(double displacement, double waveHeight, double leadTime, bool isAlert)
        {
            EstimatedFaultDisplacementMeters = displacement;
            PredictedTsunamiWaveHeightMeters = waveHeight;
            LeadTimeSeconds = leadTime;
            IsTsunamiAlertTriggered = isAlert;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 0-Alloc C# 해저 음파-중력파(AGW) 기반 쓰나미 조기경보 서보 제어기
    /// </summary>
    public ref struct AcousticGravityWaveEarlyWarningEngine
    {
        private const double WaterDensity = 1025.0;     // 해수 밀도 (kg/m^3)
        private const double SoundSpeedInWater = 1500.0; // 수중 음속 (m/s)
        private const double Gravity = 9.80665;          // 중력가속도 (m/s^2)

        private double _baselinePressure;
        private double _pressureFilterState;
        private double _seismicVelocityZ;
        private double _faultDisplacementState;
        private double _lastTimestamp;
        private bool _isInitialized;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void Initialize(double initialPressure)
        {
            _baselinePressure = initialPressure;
            _pressureFilterState = 0.0;
            _seismicVelocityZ = 0.0;
            _faultDisplacementState = 0.0;
            _lastTimestamp = 0.0;
            _isInitialized = true;
        }

        /// <summary>
        /// 1,000Hz(1ms 주기) 수압 및 지진 센서 실시간 융합 신호처리
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public TsunamiEarlyWarningResult ProcessTick(in OceanBottomSensorFrame frame)
        {
            if (!_isInitialized)
            {
                Initialize(frame.PressurePascals);
            }

            double dt = frame.TimestampSeconds - _lastTimestamp;
            if (dt <= 0.0 || dt > 0.01) dt = 0.001; // 1ms 표준 샘플링
            _lastTimestamp = frame.TimestampSeconds;

            // 1. 수압 섭동 추출 (정수압 제거)
            double dynamicPressure = frame.PressurePascals - _baselinePressure;

            // 2. 고주파 레일리파 노이즈 저감 (1차 고역/대역통과 필터링)
            // AGW 주요 신호 대역: 0.05Hz ~ 5Hz
            double alpha = 0.985;
            _pressureFilterState = alpha * _pressureFilterState + (1.0 - alpha) * dynamicPressure;
            double agwPressure = dynamicPressure - _pressureFilterState;

            // 3. OBS 연직 가속도 적분 -> 지진 바닥 속도 및 변위 산출
            _seismicVelocityZ += frame.AccelZ_m_s2 * dt;
            _seismicVelocityZ *= 0.9995; // DC 드리프트 억제
            _faultDisplacementState += _seismicVelocityZ * dt;

            // 4. AGW 압력-음속 음향 저항 임피던스(rho * cs) 역산 결합
            // 해저 바닥 수직 융기 속도 추정: v_z = p_AGW / (rho_0 * c_s)
            double acousticEstimatedVelocity = agwPressure / (WaterDensity * SoundSpeedInWater);
            double fusedVelocity = 0.6 * acousticEstimatedVelocity + 0.4 * _seismicVelocityZ;

            // 5. 단층 변위 및 연안 쓰나미 예상 파고 역산 (그린 법칙 및 천해파 에너지 보존)
            double faultLift = Math.Abs(_faultDisplacementState);
            double coastalWaveHeight = faultLift * Math.Pow(frame.OceanDepthMeters / 10.0, 0.25);

            // 6. 도달 잔여 골든타임 산출 (해안 거리 L=200km 가정, c_g = sqrt(g*h))
            double tsunamiSpeed = Math.Sqrt(Gravity * frame.OceanDepthMeters); // ~198 m/s
            double coastalDistance = 200000.0; // 200 km
            double timeElapsed = frame.TimestampSeconds;
            double leadTime = (coastalDistance / tsunamiSpeed) - (coastalDistance / SoundSpeedInWater);
            if (leadTime < 0.0) leadTime = 0.0;

            // 7. 경보 발령 판정 (단층 변위 0.5m 이상 또는 AGW 수압 섭동 5kPa 이상)
            bool isAlert = (faultLift > 0.5) || (Math.Abs(agwPressure) > 5000.0);

            return new TsunamiEarlyWarningResult(
                displacement: faultLift,
                waveHeight: coastalWaveHeight,
                leadTime: leadTime,
                isAlert: isAlert
            );
        }
    }
}