ITS/AliITSsimulationSPD.cxx

   1 #include <iostream.h>
   2 #include <TRandom.h>
   3 #include <TH1.h>
   4 #include <TMath.h>
   5 #include <TString.h>
   6 #include <TParticle.h>
   7
   8
   9 #include "AliRun.h"
  10 #include "AliITS.h"
  11 #include "AliITShit.h"
  12 #include "AliITSdigit.h"
  13 #include "AliITSmodule.h"
  14 #include "AliITSMapA2.h"
  15 #include "AliITSsimulationSPD.h"
  16 #include "AliITSsegmentation.h"
  17 #include "AliITSresponse.h"
  18
  19
  20
  21
  22 ClassImp(AliITSsimulationSPD)
  23 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  24 // Version: 0
  25 // Written by Boris Batyunya
  26 // December 20 1999
  27 //
  28 // AliITSsimulationSPD is the simulation of SPDs
  29 //________________________________________________________________________
  30
  31
  32 AliITSsimulationSPD::AliITSsimulationSPD()
  33 {
  34   // constructor
  35   fResponse = 0;
  36   fSegmentation = 0;
  37   fMapA2=0;
  38   fHis = 0;
  39   fNoise=0.;
  40   fBaseline=0.;
  41   fNPixelsZ=0;
  42   fNPixelsX=0;
  43 }
  44
  45
  46 //_____________________________________________________________________________
  47
  48 AliITSsimulationSPD::AliITSsimulationSPD(AliITSsegmentation *seg, AliITSresponse *resp) {
  49   // standard constructor
  50
  51       fHis = 0;
  52       fResponse = resp;
  53       fSegmentation = seg;
  54
  55       fResponse->GetNoiseParam(fNoise,fBaseline);
  56
  57       fMapA2 = new AliITSMapA2(fSegmentation);
  58
  59       //
  60
  61       fNPixelsZ=fSegmentation->Npz();
  62       fNPixelsX=fSegmentation->Npx();
  63
  64 }
  65
  66 //_____________________________________________________________________________
  67
  68 AliITSsimulationSPD::~AliITSsimulationSPD() {
  69   // destructor
  70
  71   delete fMapA2;
  72
  73   if (fHis) {
  74      fHis->Delete();
  75      delete fHis;
  76   }
  77 }
  78
  79
  80 //__________________________________________________________________________
  81 AliITSsimulationSPD::AliITSsimulationSPD(const AliITSsimulationSPD &source){
  82   //     Copy Constructor
  83   if(&source == this) return;
  84   this->fMapA2 = source.fMapA2;
  85   this->fNoise = source.fNoise;
  86   this->fBaseline = source.fBaseline;
  87   this->fNPixelsX = source.fNPixelsX;
  88   this->fNPixelsZ = source.fNPixelsZ;
  89   this->fHis = source.fHis;
  90   return;
  91 }
  92
  93 //_________________________________________________________________________
  94 AliITSsimulationSPD&
  95   AliITSsimulationSPD::operator=(const AliITSsimulationSPD &source) {
  96   //    Assignment operator
  97   if(&source == this) return *this;
  98   this->fMapA2 = source.fMapA2;
  99   this->fNoise = source.fNoise;
 100   this->fBaseline = source.fBaseline;
 101   this->fNPixelsX = source.fNPixelsX;
 102   this->fNPixelsZ = source.fNPixelsZ;
 103   this->fHis = source.fHis;
 104   return *this;
 105   }
 106 //_____________________________________________________________________________
 107
 108 void AliITSsimulationSPD::DigitiseModule(AliITSmodule *mod, Int_t module, Int_t dummy)
 109 {
 110   // digitize module
 111
 112     const Float_t kEnToEl = 2.778e+8; // GeV->charge in electrons
 113                                       // for 3.6 eV/pair
 114     const Float_t kconv = 10000.;     // cm -> microns
 115
 116     Float_t spdLength = fSegmentation->Dz();
 117     Float_t spdWidth = fSegmentation->Dx();
 118
 119     Float_t difCoef, dum;
 120     fResponse->DiffCoeff(difCoef,dum);
 121
 122     Float_t zPix0 = 1e+6;
 123     Float_t xPix0 = 1e+6;
 124     Float_t yPrev = 1e+6;
 125
 126     Float_t zPitch = fSegmentation->Dpz(0);
 127     Float_t xPitch = fSegmentation->Dpx(0);
 128
 129     TObjArray *fHits = mod->GetHits();
 130     Int_t nhits = fHits->GetEntriesFast();
 131     if (!nhits) return;
 132
 133   //  Array of pointers to the label-signal list
 134
 135     Int_t maxNDigits = fNPixelsX*fNPixelsZ + fNPixelsX ;;
 136     Float_t  **pList = new Float_t* [maxNDigits];
 137     memset(pList,0,sizeof(Float_t*)*maxNDigits);
 138     Int_t indexRange[4] = {0,0,0,0};
 139
 140     // Fill detector maps with GEANT hits
 141     // loop over hits in the module
 142     static Bool_t first;
 143     Int_t lasttrack=-2;
 144     Int_t hit, iZi, jz, jx;
 145     for (hit=0;hit<nhits;hit++) {
 146         AliITShit *iHit = (AliITShit*) fHits->At(hit);
 147         Int_t layer = iHit->GetLayer();
 148         Float_t yPix0 = -73;
 149         if(layer == 1) yPix0 = -77;
 150
 151         // work with the idtrack=entry number in the TreeH
 152         Int_t idhit,idtrack;
 153         mod->GetHitTrackAndHitIndex(hit,idtrack,idhit);
 154         //Int_t idtrack=mod->GetHitTrackIndex(hit);
 155         // or store straight away the particle position in the array
 156         // of particles :
 157
 158         //b.b.        if(iHit->StatusEntering()) idhit=hit;
 159         Int_t itrack = iHit->GetTrack();
 160         Int_t dray = 0;
 161
 162         if (lasttrack != itrack || hit==(nhits-1)) first = kTRUE;
 163
 164         //        Int_t parent = iHit->GetParticle()->GetFirstMother();
 165         Int_t partcode = iHit->GetParticle()->GetPdgCode();
 166
 167 //  partcode (pdgCode): 11 - e-, 13 - mu-, 22 - gamma, 111 - pi0, 211 - pi+
 168 //                      310 - K0s, 321 - K+, 2112 - n, 2212 - p, 3122 - lambda
 169
 170         Float_t px = iHit->GetPXL();
 171         Float_t py = iHit->GetPYL();
 172         Float_t pz = iHit->GetPZL();
 173         Float_t pmod = 1000*sqrt(px*px+py*py+pz*pz);
 174
 175
 176         if(partcode == 11 && pmod < 6) dray = 1; // delta ray is e-
 177                                                  // at p < 6 MeV/c
 178
 179
 180         //  Get hit z and x(r*phi) cordinates for each module (detector)
 181         //  in local system.
 182
 183         Float_t zPix = kconv*iHit->GetZL();
 184         Float_t xPix = kconv*iHit->GetXL();
 185         Float_t yPix = kconv*iHit->GetYL();
 186
 187         // Get track status
 188         Int_t status = iHit->GetTrackStatus();
 189
 190         // Check boundaries
 191         if(zPix  > spdLength/2) zPix = spdLength/2 - 10;
 192         if(zPix  < 0 && zPix < -spdLength/2) zPix = -spdLength/2 + 10;
 193         if(xPix  > spdWidth/2) xPix = spdWidth/2 - 10;
 194         if(xPix  < 0 && xPix < -spdWidth/2) zPix = -spdWidth/2 + 10;
 195
 196         Int_t trdown = 0;
 197
 198         // enter Si or after event in Si
 199         if (status == 66 ) {
 200            zPix0 = zPix;
 201            xPix0 = xPix;
 202            yPrev = yPix;
 203         }
 204
 205         Float_t depEnergy = iHit->GetIonization();
 206         // skip if the input point to Si
 207
 208         if(depEnergy <= 0.) continue;
 209
 210         // if track returns to the opposite direction:
 211         if (yPix < yPrev) {
 212             trdown = 1;
 213         }
 214
 215
 216         // take into account the holes diffusion inside the Silicon
 217         // the straight line between the entrance and exit points in Si is
 218         // divided into the several steps; the diffusion is considered
 219         // for each end point of step and charge
 220         // is distributed between the pixels through the diffusion.
 221
 222
 223         //  ---------- the diffusion in Z (beam) direction -------
 224
 225         Float_t charge = depEnergy*kEnToEl;         // charge in e-
 226         Float_t drPath = 0.;
 227         Float_t tang = 0.;
 228         Float_t sigmaDif = 0.;
 229         Float_t zdif = zPix - zPix0;
 230         Float_t xdif = xPix - xPix0;
 231         Float_t ydif = TMath::Abs(yPix - yPrev);
 232         Float_t ydif0 = TMath::Abs(yPrev - yPix0);
 233
 234         if(ydif < 1) continue; // ydif is not zero
 235
 236         Float_t projDif = sqrt(xdif*xdif + zdif*zdif);
 237         Int_t ndZ = (Int_t)TMath::Abs(zdif/zPitch) + 1;
 238         Int_t ndX = (Int_t)TMath::Abs(xdif/xPitch) + 1;
 239
 240         // number of the steps along the track:
 241         Int_t nsteps = ndZ;
 242         if(ndX > ndZ) nsteps = ndX;
 243         if(nsteps < 6) nsteps = 6;  // minimum number of the steps
 244
 245         if (projDif < 5 ) {
 246            drPath = (yPix-yPix0)*1.e-4;
 247            drPath = TMath::Abs(drPath);        // drift path in cm
 248            sigmaDif = difCoef*sqrt(drPath);    // sigma diffusion in cm
 249            sigmaDif = sigmaDif*kconv;         // sigma diffusion in microns
 250            nsteps = 1;
 251         }
 252
 253         if(projDif > 5) tang = ydif/projDif;
 254         Float_t dCharge = charge/nsteps;       // charge in e- for one step
 255         Float_t dZ = zdif/nsteps;
 256         Float_t dX = xdif/nsteps;
 257
 258         for (iZi = 1;iZi <= nsteps;iZi++) {
 259             Float_t dZn = iZi*dZ;
 260             Float_t dXn = iZi*dX;
 261             Float_t zPixn = zPix0 + dZn;
 262             Float_t xPixn = xPix0 + dXn;
 263
 264             if(projDif >= 5) {
 265               Float_t dProjn = sqrt(dZn*dZn+dXn*dXn);
 266                 drPath = dProjn*tang*1.e-4; // drift path for iZi step in cm
 267               if(trdown == 0) {
 268                 drPath = TMath::Abs(drPath) + ydif0*1.e-4;
 269               }
 270               if(trdown == 1) {
 271                 drPath = ydif0*1.e-4 - TMath::Abs(drPath);
 272                 drPath = TMath::Abs(drPath);
 273               }
 274               sigmaDif = difCoef*sqrt(drPath);
 275               sigmaDif = sigmaDif*kconv;         // sigma diffusion in microns
 276             }
 277
 278             zPixn = (zPixn + spdLength/2.);
 279             xPixn = (xPixn + spdWidth/2.);
 280             Int_t nZpix, nXpix;
 281             fSegmentation->GetPadIxz(xPixn,zPixn,nXpix,nZpix);
 282             zPitch = fSegmentation->Dpz(nZpix);
 283             fSegmentation->GetPadTxz(xPixn,zPixn);
 284             // set the window for the integration
 285             Int_t jzmin = 1;
 286             Int_t jzmax = 3;
 287             if(nZpix == 1) jzmin =2;
 288             if(nZpix == fNPixelsZ) jzmax = 2;
 289
 290             Int_t jxmin = 1;
 291             Int_t jxmax = 3;
 292             if(nXpix == 1) jxmin =2;
 293             if(nXpix == fNPixelsX) jxmax = 2;
 294
 295             Float_t zpix = nZpix;
 296             Float_t dZright = zPitch*(zpix - zPixn);
 297             Float_t dZleft = zPitch - dZright;
 298
 299             Float_t xpix = nXpix;
 300             Float_t dXright = xPitch*(xpix - xPixn);
 301             Float_t dXleft = xPitch - dXright;
 302
 303             Float_t dZprev = 0.;
 304             Float_t dZnext = 0.;
 305             Float_t dXprev = 0.;
 306             Float_t dXnext = 0.;
 307
 308             for(jz=jzmin; jz <=jzmax; jz++) {
 309                 if(jz == 1) {
 310                   dZprev = -zPitch - dZleft;
 311                   dZnext = -dZleft;
 312                 }
 313                 if(jz == 2) {
 314                   dZprev = -dZleft;
 315                   dZnext = dZright;
 316                 }
 317                 if(jz == 3) {
 318                   dZprev = dZright;
 319                   dZnext = dZright + zPitch;
 320                 }
 321                 // kz changes from 1 to the fNofPixels(270)
 322                 Int_t kz = nZpix + jz -2;
 323
 324                 Float_t zArg1 = dZprev/sigmaDif;
 325                 Float_t zArg2 = dZnext/sigmaDif;
 326                 Float_t zProb1 = TMath::Erfc(zArg1);
 327                 Float_t zProb2 = TMath::Erfc(zArg2);
 328                 Float_t dZCharge =0.5*(zProb1-zProb2)*dCharge;
 329
 330
 331                 // ----------- holes diffusion in X(r*phi) direction  --------
 332
 333                 if(dZCharge > 1.) {
 334                   for(jx=jxmin; jx <=jxmax; jx++) {
 335                      if(jx == 1) {
 336                        dXprev = -xPitch - dXleft;
 337                        dXnext = -dXleft;
 338                      }
 339                      if(jx == 2) {
 340                        dXprev = -dXleft;
 341                        dXnext = dXright;
 342                      }
 343                      if(jx == 3) {
 344                        dXprev = dXright;
 345                        dXnext = dXright + xPitch;
 346                      }
 347                      Int_t kx = nXpix + jx -2;
 348
 349                      Float_t xArg1 = dXprev/sigmaDif;
 350                      Float_t xArg2 = dXnext/sigmaDif;
 351                      Float_t xProb1 = TMath::Erfc(xArg1);
 352                      Float_t xProb2 = TMath::Erfc(xArg2);
 353                      Float_t dXCharge =0.5*(xProb1-xProb2)*dZCharge;
 354
 355                      if(dXCharge > 1.) {
 356                        Int_t index = kz-1;
 357
 358                        if (first) {
 359                           indexRange[0]=indexRange[1]=index;
 360                           indexRange[2]=indexRange[3]=kx-1;
 361                           first=kFALSE;
 362                        }
 363
 364                        indexRange[0]=TMath::Min(indexRange[0],kz-1);
 365                        indexRange[1]=TMath::Max(indexRange[1],kz-1);
 366                        indexRange[2]=TMath::Min(indexRange[2],kx-1);
 367                        indexRange[3]=TMath::Max(indexRange[3],kx-1);
 368
 369                        // build the list of digits for this module
 370                        Double_t signal=fMapA2->GetSignal(index,kx-1);
 371                        signal+=dXCharge;
 372                        fMapA2->SetHit(index,kx-1,(double)signal);
 373                      }      // dXCharge > 1 e-
 374                   }       // jx loop
 375                 }       // dZCharge > 1 e-
 376             }        // jz loop
 377         }         // iZi loop
 378
 379         if (status == 65) {   // the step is inside of Si
 380            zPix0 = zPix;
 381            xPix0 = xPix;
 382         }
 383         yPrev = yPix;
 384
 385         if(dray == 0) {
 386             GetList(itrack,idhit,pList,indexRange);
 387         }
 388
 389         lasttrack=itrack;
 390     }   // hit loop inside the module
 391
 392
 393     // introduce the electronics effects and do zero-suppression
 394     ChargeToSignal(pList);
 395
 396     // clean memory
 397
 398     fMapA2->ClearMap();
 399
 400
 401 }
 402
 403 //---------------------------------------------
 404 void AliITSsimulationSPD::GetList(Int_t label,Int_t idhit,Float_t **pList,Int_t *indexRange)
 405 {
 406   // lop over nonzero digits
 407
 408
 409   //set protection
 410   for(int k=0;k<4;k++) {
 411      if (indexRange[k] < 0) indexRange[k]=0;
 412   }
 413
 414   for(Int_t iz=indexRange[0];iz<indexRange[1]+1;iz++){
 415     for(Int_t ix=indexRange[2];ix<indexRange[3]+1;ix++){
 416
 417         Float_t signal=fMapA2->GetSignal(iz,ix);
 418
 419         if (!signal) continue;
 420
 421         Int_t globalIndex = iz*fNPixelsX+ix; // GlobalIndex starts from 0!
 422         if(!pList[globalIndex]){
 423
 424            //
 425            // Create new list (9 elements - 3 signals and 3 tracks + 3 hits)
 426            //
 427
 428            pList[globalIndex] = new Float_t [9];
 429
 430            // set list to -3
 431
 432            *pList[globalIndex] = -3.;
 433            *(pList[globalIndex]+1) = -3.;
 434            *(pList[globalIndex]+2) = -3.;
 435            *(pList[globalIndex]+3) =  0.;
 436            *(pList[globalIndex]+4) =  0.;
 437            *(pList[globalIndex]+5) =  0.;
 438            *(pList[globalIndex]+6) = -1.;
 439            *(pList[globalIndex]+7) = -1.;
 440            *(pList[globalIndex]+8) = -1.;
 441
 442
 443            *pList[globalIndex] = (float)label;
 444            *(pList[globalIndex]+3) = signal;
 445            *(pList[globalIndex]+6) = (float)idhit;
 446         }
 447         else{
 448
 449           // check the signal magnitude
 450
 451           Float_t highest = *(pList[globalIndex]+3);
 452           Float_t middle = *(pList[globalIndex]+4);
 453           Float_t lowest = *(pList[globalIndex]+5);
 454
 455           signal -= (highest+middle+lowest);
 456
 457           //
 458           //  compare the new signal with already existing list
 459           //
 460
 461           if(signal<lowest) continue; // neglect this track
 462
 463           if (signal>highest){
 464             *(pList[globalIndex]+5) = middle;
 465             *(pList[globalIndex]+4) = highest;
 466             *(pList[globalIndex]+3) = signal;
 467
 468             *(pList[globalIndex]+2) = *(pList[globalIndex]+1);
 469             *(pList[globalIndex]+1) = *pList[globalIndex];
 470             *pList[globalIndex] = label;
 471
 472             *(pList[globalIndex]+8) = *(pList[globalIndex]+7);
 473             *(pList[globalIndex]+7) = *(pList[globalIndex]+6);
 474             *(pList[globalIndex]+6) = idhit;
 475           }
 476           else if (signal>middle){
 477             *(pList[globalIndex]+5) = middle;
 478             *(pList[globalIndex]+4) = signal;
 479
 480             *(pList[globalIndex]+2) = *(pList[globalIndex]+1);
 481             *(pList[globalIndex]+1) = label;
 482
 483             *(pList[globalIndex]+8) = *(pList[globalIndex]+7);
 484             *(pList[globalIndex]+7) = idhit;
 485           }
 486           else{
 487             *(pList[globalIndex]+5) = signal;
 488             *(pList[globalIndex]+2) = label;
 489             *(pList[globalIndex]+8) = idhit;
 490           }
 491         }
 492     } // end of loop pixels in x
 493   } // end of loop over pixels in z
 494
 495
 496 }
 497
 498
 499 //---------------------------------------------
 500 void AliITSsimulationSPD::ChargeToSignal(Float_t **pList)
 501 {
 502   // add noise and electronics, perform the zero suppression and add the
 503   // digit to the list
 504
 505   AliITS *aliITS = (AliITS*)gAlice->GetModule("ITS");
 506
 507
 508   TRandom *random = new TRandom();
 509   Float_t threshold = (float)fResponse->MinVal();
 510
 511   Int_t digits[3], tracks[3], hits[3],gi,j1;
 512   Float_t charges[3];
 513   Float_t electronics;
 514   Float_t signal,phys;
 515   for(Int_t iz=0;iz<fNPixelsZ;iz++){
 516     for(Int_t ix=0;ix<fNPixelsX;ix++){
 517       electronics = fBaseline + fNoise*random->Gaus();
 518       signal = (float)fMapA2->GetSignal(iz,ix);
 519       signal += electronics;
 520       gi =iz*fNPixelsX+ix; // global index
 521       if (signal > threshold) {
 522          digits[0]=iz;
 523          digits[1]=ix;
 524          digits[2]=1;
 525          for(j1=0;j1<3;j1++){
 526            if (pList[gi]) {
 527              //b.b.          tracks[j1]=-3;
 528              tracks[j1] = (Int_t)(*(pList[gi]+j1));
 529              hits[j1] = (Int_t)(*(pList[gi]+j1+6));
 530            }else {
 531              tracks[j1]=-2; //noise
 532              hits[j1] = -1;
 533            }
 534            charges[j1] = 0;
 535          }
 536
 537          if(tracks[0] == tracks[1] && tracks[0] == tracks[2]) {
 538            tracks[1] = -3;
 539            hits[1] = -1;
 540            tracks[2] = -3;
 541            hits[2] = -1;
 542          }
 543          if(tracks[0] == tracks[1] && tracks[0] != tracks[2]) {
 544            tracks[1] = -3;
 545            hits[1] = -1;
 546          }
 547          if(tracks[0] == tracks[2] && tracks[0] != tracks[1]) {
 548            tracks[2] = -3;
 549            hits[2] = -1;
 550          }
 551          if(tracks[1] == tracks[2] && tracks[0] != tracks[1]) {
 552            tracks[2] = -3;
 553            hits[2] = -1;
 554          }
 555
 556          phys=0;
 557          aliITS->AddSimDigit(0,phys,digits,tracks,hits,charges);
 558       }
 559       if(pList[gi]) delete [] pList[gi];
 560     }
 561   }
 562   delete [] pList;
 563
 564 }
 565
 566
 567 //____________________________________________
 568
 569 void AliITSsimulationSPD::CreateHistograms()
 570 {
 571   // create 1D histograms for tests
 572
 573       printf("SPD - create histograms\n");
 574
 575       fHis=new TObjArray(fNPixelsZ);
 576       TString spdName("spd_");
 577       for (Int_t i=0;i<fNPixelsZ;i++) {
 578            Char_t pixelz[4];
 579            sprintf(pixelz,"%d",i+1);
 580            spdName.Append(pixelz);
 581            (*fHis)[i] = new TH1F(spdName.Data(),"SPD maps",
 582                               fNPixelsX,0.,(Float_t) fNPixelsX);
 583       }
 584 }
 585
 586 //____________________________________________
 587
 588 void AliITSsimulationSPD::ResetHistograms()
 589 {
 590     //
 591     // Reset histograms for this detector
 592     //
 593
 594     for ( int i=0;i<fNPixelsZ;i++ ) {
 595         if ((*fHis)[i])    ((TH1F*)(*fHis)[i])->Reset();
 596     }
 597
 598 }
 599
 600
 601
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 607