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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
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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
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Artefacto Explosivo Improvisado
Material explosivo
Alambres de conexión
Batería
Artefacto explosivo improvisado (AEI) de activación eléctrica Electric improvised explosive device (IED)
Contenedor
Interruptor
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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)
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Susceptibilidad Electromagnética
Circuito de ignición
Corriente
Activación convencional
Detonador eléctrico
Activación remota
Antena
Corriente inducida
5
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Variabilidad de los AEIs
6
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Modelado de AEI
Caracter. físicas
Medio
Respuesta EM
Variabilidad
Materiales Dimensiones
Explosivos Suelos
Modelo numérico Simulación de onda completa
Parametrización Análisis estadístico
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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
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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
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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
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Respuesta EM
Región de Resonancia
Región de Integración
Región de Pequeñas Antenas
fl fh Banda 1 Banda 2 Banda 3
Frecuencia
Función de Transferencia
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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
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Shielded Room
Detonator
Differential
Adapter
VNA
Coaxial
Cables
Respuesta EM
• Determinación de resonancias de los elementos
J. J. Pantoja, et al., ASIAEM, 2016.
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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.
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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.
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Variabilidad
Modelo parametrizable
AEI
Suelo
Aire
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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
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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
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Respuesta estadística
del AEI
Caracter. físicas
Medio
Respuesta EM
Variabilidad
Optimización
Configuración de uso
Frecuencias de resonancia
Probabilidad de éxito
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[email protected] Departamento de Ingeneiría Eléctrica y Electrónica
Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá
John J. Pantoja