심우주 초장기선 간섭(VLBI) 지연보정 & 1,000Hz 0-Alloc C# 수소 메이저(Maser) 위상 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.DeepSpaceVlbi
{
    /// <summary>
    /// VLBI 간섭계 수소 메이저 위상 지연 서보 상태 구조체
    /// 0-Alloc ref struct: GC 압박 완전 배제 (1,000Hz 실시간 루프)
    /// </summary>
    public ref struct VlbiPhaseDelayState
    {
        public double TargetDelayPicoseconds; // 계산된 목표 기하 지연 [ps]
        public double CompensatedDelayPs;     // 광섬유 지연선 보상 지연 [ps]
        public float FringePhaseErrorRad;    // 간섭계 잔류 프린지 위상 오차 [rad]
        public float DelayRatePsSec;          // 지연 변화율 dtau/dt [ps/s]
        public float PiezoVoltageVolts;       // 피에조 지연선 튜닝 전압 [V]
        public float HydrogenMaserFreqOffsetHz;// 수소 메이저 주파수 편차 [Hz]
        public bool IsFringePhaseLocked;      // 프린지 위상 잠금 상태 여부
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 무할당 심우주 VLBI 위상 지연 추적 서보 엔진
    /// </summary>
    public static class VlbiDelayServoEngine
    {
        private const double SpeedOfLightMps = 299792458.0;
        private const float CarrierFreqHz = 8.4e9f; // 심우주 X-대역 8.4 GHz

        /// <summary>
        /// 1,000Hz (1ms) 단일 실행 프레임: 기저선 궤도 모델 기반 지연선 피에조 제어
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void UpdateFrame(
            ref VlbiPhaseDelayState state,
            double geometricDelaySec,
            float measuredFringePhaseRad,
            float dtSeconds)
        {
            state.TargetDelayPicoseconds = geometricDelaySec * 1.0e12; // ps 단위
            state.FringePhaseErrorRad = measuredFringePhaseRad;

            // 1) 잔류 위상 오차로부터 피코초 시간 지연 오차 산출
            // Delta_tau = Delta_phi / (2 * pi * f_c)
            float phaseDelayPs = (measuredFringePhaseRad / (2.0f * MathF.PI * CarrierFreqHz)) * 1.0e12f;

            // 2) 피에조 광섬유 지연선(ODL) 고정밀 제어기 (1V = 12.5 ps)
            float kp = 0.08f;
            float ki = 0.02f;
            state.PiezoVoltageVolts += (kp * phaseDelayPs + ki * phaseDelayPs * dtSeconds);
            state.PiezoVoltageVolts = MathF.Min(150.0f, MathF.Max(0.0f, state.PiezoVoltageVolts));

            // 보상된 총 지연시간 업데이트
            state.CompensatedDelayPs = state.TargetDelayPicoseconds + (state.PiezoVoltageVolts * 12.5);

            // 3) 지연 변화율(Delay Rate) 계산
            state.DelayRatePsSec = (float)(state.TargetDelayPicoseconds - state.CompensatedDelayPs) / dtSeconds;

            // 4) 수소 메이저 위상 드리프트 모니터링: 오차 < 0.1 rad 이내 잠금
            state.IsFringePhaseLocked = MathF.Abs(measuredFringePhaseRad) < 0.12f;
        }
    }
}