본 연구는 고기동 비행환경에서 발생하는 고주파 진동을 계측하고, 이를 지상에서 재현하여 MEMS 기반 관성측정기(Inertial Measurement Unit, IMU)에 미치는 영향을 사전에 검증할 수 있는 시험평가 방안을 제시한다. 비행시험을 통해 기체 구조, 추진계, 공력 요인으로부터 유발되는 수 kHz 대역의 진동 데이터를 획득하고, 이를 기반으로 대표 진동 스펙트럼을 도출하였다. 해당 스펙트럼은 고주파 진동 시험 장비를 통해 지상에서 재현되었으며, 이를 MEMS 관성측정기의 기구부 및 방진기 설계에 반영하였다. 또한 MEMS 가속도계와 자이로스코프의 고주파 응답 특성을 분석하여, 주요 비행 단계 에서의 진동 영향성을 사전에 평가할 수 있는 시험 절차와 조건을 제안하였다. 제시된 방법은 MEMS 관성측정기의 하우징 및 방진기 설계 검증과 비행시험 전 고주파 진동 반응 특성에 대한 진동 완화 대책 수립에 활용 가능하다.

Measurement and Ground Simulation of High-Frequency Vibrations in High-Maneuver Flight Environments for Performance Evaluation of the MEMS IMU

Byungsu Park*, Kyung Jun Han, Sang-Chan Moon, Woo-Suk Park

This study proposes a test and evaluation methodology to assess the effects of high-frequency vibrations on MEMS-based Inertial Measurement Unit (IMU) by reproducing flight-induced vibration environments on the ground. High-frequency vibration data in the kilohertz range were acquired during flight tests, capturing contributions from airframe structures, propulsion systems, and aerodynamic sources. Based on these measurements, representative vibration spectra were derived and reproduced in a laboratory setting using a high-frequency vibration test system. The reproduced spectra were utilized in the design of IMU mechanical structures and vibration isolators. Furthermore, the high-frequency response characteristics of MEMS accelerometers and gyroscopes were analyzed. From these results, test procedures and conditions were proposed to quantitatively evaluate the impact of high-frequency vibrations during critical flight phases, providing a practical tool for sensor design validation and the development of vibration mitigation strategies prior to flight tests. Keywords: high-frequency vibration, flight environment, MEMS inertial measurement unit (IMU)

Speaker 박병수* 국방과학연구소