Electromagnetic Modeling of

Improvised Explosive Devices

II International Meeting on Technologies and Innovation for Humanitarian

John J. Pantoja, Félix Vega, Francisco Román.

Bogota, 20th October 2016

1

Los siguientes avances fueron desarrollados en parte en la tesis doctoral titulada “Electromagnetic Susceptibility of Electro-Explosive Devices” dentro del proyecto de investigación internacional: Y en parte en la reciente investigación dentro del:

Application of High Power Electromagnetics to Human Safety (HPEM‐HS)

2

Artefacto Explosivo Improvisado

Material explosivo

Alambres de conexión

Batería

Artefacto explosivo improvisado (AEI) de activación eléctrica Electric improvised explosive device (IED)

Contenedor

Interruptor

La activación remota de detonadores eléctricos es posible debido a que son Susceptibles frente a perturbaciones Electromagnéticas.

Susceptibilidad Electromagnética

4

Detonador eléctrico Electroexplosive device (EED)

Susceptibilidad Electromagnética

Circuito de ignición

Corriente

Activación convencional

Detonador eléctrico

Activación remota

Antena

Corriente inducida

5

Variabilidad de los AEIs

6

Modelado de AEI

Caracter. físicas

Medio

Respuesta EM

Variabilidad

Materiales Dimensiones

Explosivos Suelos

Modelo numérico Simulación de onda completa

Parametrización Análisis estadístico

Caracter. físicas

Medio

Estadísticas basadas en reportes de incautaciones de AEIs de la Agencia de Noticias del Ejército Nacional de Colombia entre marzo de 2013 y marzo de 2014.

Sistematización de reportes

Caracter. físicas

Medio

Estadísticas basadas en reportes de incautaciones de AEIs de la Agencia de Noticias del Ejército Nacional de Colombia entre marzo de 2013 y marzo de 2014.

4%

73%

23% AEIs Alto Poder

MAPs

Otros (PaqueteBomba, Tatuco)

Sistematización de reportes

Caracter. físicas

Medio

Sistematización de reportes

Estadísticas basadas en reportes de incautaciones de AEIs de la Agencia de Noticias del Ejército Nacional de Colombia entre marzo de 2013 y marzo de 2014.

75%

8%

17%

Eléctrico*

Ineléctrico

No Identificado

Respuesta EM

Región de Resonancia

Región de Integración

Región de Pequeñas Antenas

fl fh Banda 1 Banda 2 Banda 3

Frecuencia

Función de Transferencia

Respuesta EM

• Determinación de elementos representativos • Modelo Electromagnético y Térmico • Verificación experimental del modelo

-0.1

0

0.1-0.1

0

0.1

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

yx

z

Shielded Room

Detonator

Differential

Adapter

VNA

Coaxial

Cables

Respuesta EM

• Determinación de resonancias de los elementos

J. J. Pantoja, et al., ASIAEM, 2016.

Respuesta EM

• Determinación de resonancias de los elementos

0.5 1 1.5 2 2.5 30

2000

4000

6000

8000

10000

Frequency (GHz)

Re

al P

art

Im

pe

da

nce

(

)

EEDs with 7.9 mm lead-in wires

EED1

EED2

EED3

EED4

EED5

EED6

Fumelec

EXSA

Unknown

X

J. J. Pantoja, et al., submitted to Microw. Theory and Tech.., 2016.

15

Caso canónico: Dipolo

Detonador

Frecuencias de resonancia

0 0.55 0.9 1.5 2 2.5 3-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

FREQUENCY (GHz)

AB

SO

RB

ED

PO

WE

R (

dB

m)

ZL =

ZE

ED

Respuesta del sistema a un campo eléctrico de 1 V/m:

Potencia disipada en un detonador eléctrico

PO

TE

NC

IA I

ND

UC

IDA

EN

EL

DE

TO

NA

DO

R (

dB

m)

FRECUENCIA (GHz)

Campo Incidente

Respuesta EM

J. J. Pantoja, et al., Defense Science Journal., 2013.

Variabilidad

Modelo parametrizable

AEI

Suelo

Aire

Variabilidad

J. J. Pantoja, et al., IEEE Trans. Electromagn. Compat, 2013.

Frecuencias de resonancia media de AEIs

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-60

-50

-40

-30

-20

Frecuencia (GHz)

Po

ten

cia

in

du

cid

a p

rom

ed

io (

dB

m)

Modelo numérico

Mediciones

Variabilidad

J. J. Pantoja, et al., submitted to Radio Science., 2016.

Variación debido al tipo de suelo

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Frequency (GHz)

Cu

rre

nt (d

Bm

A)

Black soil

Clay with sand

Communication model

Free space

Respuesta estadística

del AEI

Caracter. físicas

Medio

Respuesta EM

Variabilidad

Optimización

Configuración de uso

Frecuencias de resonancia

Probabilidad de éxito

jjpantojaa@unal.edu.co Departamento de Ingeneiría Eléctrica y Electrónica

Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá

John J. Pantoja