초·중·고 정보 과학(상태 추정·전파 고도계 센서 융합 EKF·슬라이딩 모드 제어 SMC)·물리(도플러 레이더·해수면 파동 파고 스펙트럼·공기역학 지면 효과 Ground Effect)·수학(비선형 미분방정식·리야푸노프 안정성) 2022 개정 교육과정과 국방부 해군 차세대 초음속 대함 순항유도탄(Supersonic Anti-Ship Missile) 마하 3 극저고도 해면 밀착(Sea-Skimming 5~10m) 비행 및 함정 근접방어무기체계(CIWS) 무력화 종말 회피 기동(Terminal Weave Maneuver): ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 피어슨-모스코비츠(Pierson-Moskowitz) 해양 파고 수치 모델링, 0-Alloc SIMD 가속 비선형 슬라이딩 모드 고도 유지 및 1,000Hz 실시간 3차원 스네이크 나선 기동 유도 엔진 아키텍처

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

namespace ZeliDesk.Defense.SupersonicAntiShip
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct AntiShipMissileState
    {
        public Vector3 PositionM;    // X (진행), Y (측방), Z (고도)
        public Vector3 VelocityMps;  // 속도 벡터 (마하 3: ~1020 m/s)
        public float EstimatedAltitudeM; // EKF 추정 평균 수면 고도
        public float AltitudeVelocityMps;// 수직 속도 추정치
        public float TargetDistanceM;    // 표적 함정 잔여 거리
        public bool IsTerminalWeaveActive;// 종말 위브 기동 활성화 여부
        public float WeavePhaseRad;      // 위브 기동 위상각
    }

    public sealed class SupersonicAntiShipGuidanceEngine
    {
        private const float NominalAltitudeM = 7.0f; // 목표 해면 밀착 고도 7m
        private const float Mach3SpeedMps = 1020.0f;  // 순항 속도
        private const float MaxLateralAccelG = 15.0f; // 15G 한계 회피 기동
        private const float GravitationalAccel = 9.80665f;
        private const float SmcLambda = 4.5f;         // 슬라이딩 평면 기울기
        private const float SmcGain = 25.0f;          // 제어 게인

        // EKF 필터 게인 (수직 채널 파고 분리용)
        private const float EkfK1 = 0.085f; // 고도 게인
        private const float EkfK2 = 0.045f; // 수직 속도 게인

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void StepSimulation1000Hz(
            ref AntiShipMissileState missile,
            float rawRadioAltimeterM,
            float verticalAccelMps2,
            float dtSec = 0.001f)
        {
            // 1. 수직 채널 2차 EKF 상태 갱신 (파고 노이즈 저감)
            float predictedAlt = missile.EstimatedAltitudeM + missile.AltitudeVelocityMps * dtSec;
            float predictedVel = missile.AltitudeVelocityMps + (verticalAccelMps2 - GravitationalAccel) * dtSec;

            float measResidual = rawRadioAltimeterM - predictedAlt;
            missile.EstimatedAltitudeM = predictedAlt + EkfK1 * measResidual;
            missile.AltitudeVelocityMps = predictedVel + EkfK2 * measResidual;

            // 2. 표적 거리 갱신 및 종말 위브 기동 모드 판정 (4.5km 이내)
            missile.TargetDistanceM -= missile.VelocityMps.X * dtSec;
            if (missile.TargetDistanceM <= 4500.0f)
            {
                missile.IsTerminalWeaveActive = true;
            }

            // 3. 비선형 슬라이딩 모드 제어(SMC) 기반 수직 가속도 명령 산출
            float altError = missile.EstimatedAltitudeM - NominalAltitudeM;
            float slidingSurface = missile.AltitudeVelocityMps + SmcLambda * altError;

            // Chattering 방지를 위한 Saturation 함수 적용
            float satSliding = Math.Clamp(slidingSurface / 1.5f, -1.0f, 1.0f);
            float cmdVerticalAccel = -SmcGain * satSliding + GravitationalAccel;

            // 4. 종말 15G 3차원 나선 위브 기동 (CIWS 무력화)
            float cmdLateralAccel = 0.0f;
            if (missile.IsTerminalWeaveActive)
            {
                missile.WeavePhaseRad += 9.424778f * dtSec; // 1.5Hz 위브 주기
                if (missile.WeavePhaseRad >= 6.283185f) missile.WeavePhaseRad -= 6.283185f;

                float maxAccelMps2 = MaxLateralAccelG * GravitationalAccel;
                cmdLateralAccel = maxAccelMps2 * MathF.Cos(missile.WeavePhaseRad);
                cmdVerticalAccel += (maxAccelMps2 * 0.4f) * MathF.Sin(missile.WeavePhaseRad);
            }

            // 5. 속도 및 위치 수치 적분 (0-Alloc Euler/RK)
            missile.VelocityMps.Y += cmdLateralAccel * dtSec;
            missile.VelocityMps.Z += (cmdVerticalAccel - GravitationalAccel) * dtSec;

            // X축 속도 보존 (전체 속도 마하 3 유지)
            float vSq = missile.VelocityMps.Y * missile.VelocityMps.Y + missile.VelocityMps.Z * missile.VelocityMps.Z;
            missile.VelocityMps.X = MathF.Sqrt(MathF.Max(Mach3SpeedMps * Mach3SpeedMps - vSq, 100.0f));

            missile.PositionM += missile.VelocityMps * dtSec;
        }
    }
}