Questo studio affronta la caratterizzazione degli errori sistematici nelle acquisizioni microgravimetriche, con particolare attenzione alla deviazione osservata durante l’utilizzo del gravimetro Scintrex CG-5 Autograv. Lo strumento dispone di correzioni interne pensate per funzionare in condizioni ambientali stabili, dove le lente variazioni gravitazionali possono essere considerate marginali. Tuttavia, nei rilievi industriali, caratterizzati da elevata variabilità geologica, ambientale e logistica, tali condizioni si presentano raramente. Per questo motivo, la correzione automatica dello strumento risulta spesso insufficiente. È stato quindi sviluppato un metodo dedicato per identificare e modellare le componenti temporali del drift, utilizzando un approccio quantitativo ad alta risoluzione, con l’obiettivo di definire un protocollo generalizzabile e validato in scenari reali. Tra il 2020 e il 2025 sono stati condotti otto rilievi gravimetrici in contesti complessi. Inizialmente facevano parte di progetti industriali con obiettivi specifici, senza intento metodologico di studiare il drift. Solo successivamente è emerso che in dataset acquisiti in condizioni eterogenee erano presenti deviazioni regolari, segnalando errori sistematici. Questo ha portato allo sviluppo di un metodo per caratterizzare e correggere il drift strumentale. Il metodo prevede misure ripetute nello stesso punto almeno quattro volte al giorno, pratica non standard in campo ma fondamentale per isolare componenti periodiche e costruire un modello armonico. I rilievi sono stati effettuati in diverse condizioni: aree urbane dense, terreni collinari irregolari, regioni montuose oltre 1000 m, aree insulari soggette a subsidenza e siti desertici. Le campagne hanno coperto un ampio spettro di latitudini, altitudini e climi. La microgravimetria è stata applicata per individuare sinkhole, analizzare anomalie di densità, esplorare risorse minerarie e supportare progettazioni infrastrutturali. L’applicazione del metodo in contesti così diversi ha permesso di confermare la coerenza e la robustezza della procedura e la ricorrenza dei pattern sistematici. La metodologia si distingue da approcci semplificati come fitting polinomiale o local smoothing. L’analisi ha evidenziato le principali frequenze periodiche del drift: 12 ore, 24 ore, 27 giorni e 54 giorni, corrispondenti ai cicli mareali terrestri e lunari, suggerendo una possibile modulazione astronomica. Frequenze analoghe sono state confermate in un esperimento controllato di 30 giorni in condizioni stabili con lo strumento fisso. Questo test ha validato i risultati e permesso un’analisi dettagliata delle componenti armoniche che influenzano le correzioni del drift. Il principale contributo del lavoro è una guida operativa per l’utilizzo del CG-5, che fornisce criteri chiari per gestire il drift in diverse condizioni ambientali, correggendo potenziali errori significativi nei dati finali. Il CG-5 è uno dei gravimetri più utilizzati in ambito industriale e scientifico, con oltre mille unità nel mondo. Questo lavoro colma una lacuna della letteratura offrendo un metodo affidabile e generalizzabile. Il progetto è stato sviluppato con rigore metodologico, mantenendo una forte connessione tra esperienza pratica e teoria, adattando il protocollo ai vincoli delle campagne microgravimetriche reali.
This study focuses on the characterization of systematic errors in microgravity acquisitions, with particular attention to the deviation observed using the Scintrex CG-5 Autograv gravimeter. The instrument includes internal corrections designed for stable conditions, where slow gravitational variations can be considered marginal. However, in industrial surveys with high geological, environmental, and logistical variability, such conditions are rarely met. Therefore, the instrument’s automatic correction is often insufficient. A dedicated method was developed to identify and model the temporal components of the drift using a high-resolution quantitative approach, aiming to define a generalizable protocol validated in real-world scenarios. Between 2020 and 2025, eight gravity surveys were carried out in complex operational contexts. Initially, these surveys were part of industrial projects with specific goals, without the intent to study drift. Later, it became apparent that datasets collected under heterogeneous conditions showed regular deviations, indicating systematic errors. This led to the development of a method to characterize and correct instrumental drift. The method involves repeated measurements at the same point at least four times per day, which is not standard in field operations but is essential to isolate periodic components and build a harmonic model. Surveys were conducted in urban areas with high density, irregular hilly terrains, mountains above 1000 m, subsiding islands, and desert sites. Campaigns covered a broad range of latitudes, altitudes, and climates. Microgravity was applied to detect sinkholes, analyze density anomalies, explore mineral resources, and support infrastructure design. Using the method in such varied contexts confirmed its coherence, robustness, and the recurrence of systematic patterns. The methodology differs from simplified approaches such as polynomial fitting or local smoothing. Analysis highlighted the main periodic frequencies of drift: 12 hours, 24 hours, 27 days, and 54 days, corresponding to major terrestrial and lunar tidal cycles, suggesting possible astronomical modulation. Similar frequencies were confirmed in a 30-day controlled experiment under stable conditions with the instrument fixed. This test validated the results and allowed a detailed analysis of harmonic components influencing drift corrections. The main contribution of this work is an operational guide for using the CG-5, providing clear criteria to manage drift under different environmental conditions, correcting potential significant errors in final data. The CG-5 is among the most widely used gravimeters in industrial and scientific applications, with over a thousand units worldwide. This study fills a literature gap, offering a reliable and generalizable method. The project was developed with methodological rigor, maintaining a strong connection between practical experience and theory, adapting the protocol to the constraints of real microgravity campaigns.
Development and Application of a Generalized Model for Systematic Drift Error Correction in Applied Microgravity
PETRONE, DARIO
2026
Abstract
Questo studio affronta la caratterizzazione degli errori sistematici nelle acquisizioni microgravimetriche, con particolare attenzione alla deviazione osservata durante l’utilizzo del gravimetro Scintrex CG-5 Autograv. Lo strumento dispone di correzioni interne pensate per funzionare in condizioni ambientali stabili, dove le lente variazioni gravitazionali possono essere considerate marginali. Tuttavia, nei rilievi industriali, caratterizzati da elevata variabilità geologica, ambientale e logistica, tali condizioni si presentano raramente. Per questo motivo, la correzione automatica dello strumento risulta spesso insufficiente. È stato quindi sviluppato un metodo dedicato per identificare e modellare le componenti temporali del drift, utilizzando un approccio quantitativo ad alta risoluzione, con l’obiettivo di definire un protocollo generalizzabile e validato in scenari reali. Tra il 2020 e il 2025 sono stati condotti otto rilievi gravimetrici in contesti complessi. Inizialmente facevano parte di progetti industriali con obiettivi specifici, senza intento metodologico di studiare il drift. Solo successivamente è emerso che in dataset acquisiti in condizioni eterogenee erano presenti deviazioni regolari, segnalando errori sistematici. Questo ha portato allo sviluppo di un metodo per caratterizzare e correggere il drift strumentale. Il metodo prevede misure ripetute nello stesso punto almeno quattro volte al giorno, pratica non standard in campo ma fondamentale per isolare componenti periodiche e costruire un modello armonico. I rilievi sono stati effettuati in diverse condizioni: aree urbane dense, terreni collinari irregolari, regioni montuose oltre 1000 m, aree insulari soggette a subsidenza e siti desertici. Le campagne hanno coperto un ampio spettro di latitudini, altitudini e climi. La microgravimetria è stata applicata per individuare sinkhole, analizzare anomalie di densità, esplorare risorse minerarie e supportare progettazioni infrastrutturali. L’applicazione del metodo in contesti così diversi ha permesso di confermare la coerenza e la robustezza della procedura e la ricorrenza dei pattern sistematici. La metodologia si distingue da approcci semplificati come fitting polinomiale o local smoothing. L’analisi ha evidenziato le principali frequenze periodiche del drift: 12 ore, 24 ore, 27 giorni e 54 giorni, corrispondenti ai cicli mareali terrestri e lunari, suggerendo una possibile modulazione astronomica. Frequenze analoghe sono state confermate in un esperimento controllato di 30 giorni in condizioni stabili con lo strumento fisso. Questo test ha validato i risultati e permesso un’analisi dettagliata delle componenti armoniche che influenzano le correzioni del drift. Il principale contributo del lavoro è una guida operativa per l’utilizzo del CG-5, che fornisce criteri chiari per gestire il drift in diverse condizioni ambientali, correggendo potenziali errori significativi nei dati finali. Il CG-5 è uno dei gravimetri più utilizzati in ambito industriale e scientifico, con oltre mille unità nel mondo. Questo lavoro colma una lacuna della letteratura offrendo un metodo affidabile e generalizzabile. Il progetto è stato sviluppato con rigore metodologico, mantenendo una forte connessione tra esperienza pratica e teoria, adattando il protocollo ai vincoli delle campagne microgravimetriche reali.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
