STEER/AliKalmanTrack.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17
  18 //-------------------------------------------------------------------------
  19 //                Implementation of the AliKalmanTrack class
  20 //   that is the base for AliTPCtrack, AliITStrackV2 and AliTRDtrack
  21 //        Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch
  22 //-------------------------------------------------------------------------
  23
  24 #include "AliKalmanTrack.h"
  25 #include "AliLog.h"
  26 #include "AliPDG.h"
  27 #include "TPDGCode.h"
  28 #include "TDatabasePDG.h"
  29
  30 ClassImp(AliKalmanTrack)
  31
  32 Double_t AliKalmanTrack::fgConvConst;
  33
  34 //_______________________________________________________________________
  35 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():
  36   fLab(-3141593),
  37   fChi2(0),
  38   fMass(0.13957),
  39   fN(0)
  40 {
  41   //
  42   // Default constructor
  43   //
  44     if (fgConvConst==0) {
  45       AliFatal("The magnetic field has not been set!");
  46     }
  47
  48     fStartTimeIntegral = kFALSE;
  49     fIntegratedLength = 0;
  50     for(Int_t i=0; i<5; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
  51 }
  52
  53 //_______________________________________________________________________
  54 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
  55   TObject(t),
  56   fLab(t.fLab),
  57   fFakeRatio(t.fFakeRatio),
  58   fChi2(t.fChi2),
  59   fMass(t.fMass),
  60   fN(t.fN)
  61 {
  62   //
  63   // Copy constructor
  64   //
  65   if (fgConvConst==0) {
  66     AliFatal("The magnetic field has not been set!");
  67   }
  68
  69   fStartTimeIntegral = t.fStartTimeIntegral;
  70   fIntegratedLength = t.fIntegratedLength;
  71
  72   for (Int_t i=0; i<5; i++)
  73     fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
  74 }
  75
  76 //_______________________________________________________________________
  77 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral()
  78 {
  79   // Sylwester Radomski, GSI
  80   // S.Radomski@gsi.de
  81   //
  82   // Start time integration
  83   // To be called at Vertex by ITS tracker
  84   //
  85
  86   //if (fStartTimeIntegral)
  87   //  AliWarning("Reseting Recorded Time.");
  88
  89   fStartTimeIntegral = kTRUE;
  90   for(Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
  91   fIntegratedLength = 0;
  92 }
  93 //_______________________________________________________________________
  94 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length)
  95 {
  96   //
  97   // Add step to integrated time
  98   // this method should be called by a sublasses at the end
  99   // of the PropagateTo function or by a tracker
 100   // each time step is made.
 101   //
 102   // If integration not started function does nothing
 103   //
 104   // Formula
 105   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
 106   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
 107   //
 108   // pt = 1/external parameter [4]
 109   // tg lambda = external parameter [3]
 110   //
 111   //
 112   // Sylwester Radomski, GSI
 113   // S.Radomski@gsi.de
 114   //
 115
 116   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
 117
 118   if (!fStartTimeIntegral) return;
 119
 120   fIntegratedLength += length;
 121
 122   static Int_t pdgCode[fgkTypes]  = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 123   TDatabasePDG *db = TDatabasePDG::Instance();
 124
 125   Double_t xr, param[5];
 126   Double_t pt, tgl;
 127
 128   GetExternalParameters(xr, param);
 129   pt =  1/param[4] ;
 130   tgl = param[3];
 131
 132   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
 133
 134   if (length > 100) return;
 135
 136   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) {
 137
 138     Double_t mass = db->GetParticle(pdgCode[i])->Mass();
 139     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
 140     Double_t time = length * correction / kcc;
 141
 142     fIntegratedTime[i] += time;
 143   }
 144 }
 145
 146 //_______________________________________________________________________
 147
 148 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const
 149 {
 150   // Sylwester Radomski, GSI
 151   // S.Radomski@gsi.de
 152   //
 153   // Return integrated time hypothesis for a given particle
 154   // type assumption.
 155   //
 156   // Input parameter:
 157   // pdg - Pdg code of a particle type
 158   //
 159
 160
 161   if (!fStartTimeIntegral) {
 162     AliWarning("Time integration not started");
 163     return 0.;
 164   }
 165
 166   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 167
 168   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
 169     if (pdgCode[i] == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
 170
 171   AliWarning(Form("Particle type [%d] not found", pdg));
 172   return 0;
 173 }
 174
 175 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
 176   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
 177 }
 178
 179 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
 180   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
 181 }
 182
 183 //_______________________________________________________________________
 184
 185 void AliKalmanTrack::PrintTime() const
 186 {
 187   // Sylwester Radomski, GSI
 188   // S.Radomski@gsi.de
 189   //
 190   // For testing
 191   // Prints time for all hypothesis
 192   //
 193
 194   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 195
 196   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
 197     printf("%d: %.2f  ", pdgCode[i], fIntegratedTime[i]);
 198   printf("\n");
 199 }
 200
 201 static void External2Helix(const AliKalmanTrack *t, Double_t helix[6]) {
 202   //--------------------------------------------------------------------
 203   // External track parameters -> helix parameters
 204   //--------------------------------------------------------------------
 205   Double_t alpha,x,cs,sn;
 206   t->GetExternalParameters(x,helix); alpha=t->GetAlpha();
 207
 208   cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
 209   helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
 210   helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
 211 //helix[1]=                               // z0
 212   helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
 213 //helix[3]=                               // tgl
 214   helix[4]=helix[4]/t->GetConvConst();    // C
 215 }
 216
 217 static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
 218                      Double_t r[3],  //radius vector
 219                      Double_t g[3],  //first defivatives
 220                      Double_t gg[3]) //second derivatives
 221 {
 222   //--------------------------------------------------------------------
 223   // Calculate position of a point on a track and some derivatives
 224   //--------------------------------------------------------------------
 225   Double_t phase=h[4]*t+h[2];
 226   Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
 227
 228   r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
 229   r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];
 230   r[2] = h[1] + h[3]*t;
 231
 232   g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
 233
 234   gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
 235 }
 236
 237 Double_t AliKalmanTrack::
 238 GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
 239   //------------------------------------------------------------
 240   // Returns the (weighed !) distance of closest approach between
 241   // this track and the track passed as the argument.
 242   // Other returned values:
 243   //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA
 244   //-----------------------------------------------------------
 245   Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
 246   Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
 247   Double_t dx2=dy2;
 248
 249   //dx2=dy2=dz2=1.;
 250
 251   Double_t p1[8]; External2Helix(this,p1);
 252   p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
 253   Double_t p2[8]; External2Helix(p,p2);
 254   p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
 255
 256
 257   Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
 258   Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
 259   Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
 260   Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
 261
 262   Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
 263   Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 264
 265   Int_t max=27;
 266   while (max--) {
 267      Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
 268      Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
 269      Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 +
 270                   (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
 271                   (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
 272      Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 +
 273                   (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
 274                   (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
 275      Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
 276
 277      Double_t det=h11*h22-h12*h12;
 278
 279      Double_t dt1,dt2;
 280      if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
 281         //(quasi)singular Hessian
 282         dt1=-gt1; dt2=-gt2;
 283      } else {
 284         dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det;
 285         dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
 286      }
 287
 288      if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
 289
 290      //check delta(phase1) ?
 291      //check delta(phase2) ?
 292
 293      if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
 294      if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
 295         if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2)
 296           AliWarning(" stopped at not a stationary point !");
 297         Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
 298         if (lmb < 0.)
 299           AliWarning(" stopped at not a minimum !");
 300         break;
 301      }
 302
 303      Double_t dd=dm;
 304      for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
 305         Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
 306         Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
 307         dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
 308         dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 309         if (dd<dm) break;
 310         dt1*=0.5; dt2*=0.5;
 311         if (div>512) {
 312            AliWarning(" overshoot !"); break;
 313         }
 314      }
 315      dm=dd;
 316
 317      t1+=dt1;
 318      t2+=dt2;
 319
 320   }
 321
 322   if (max<=0) AliWarning(" too many iterations !");
 323
 324   Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
 325   Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
 326   xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
 327
 328   cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
 329   sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
 330   xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
 331
 332   return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
 333 }
 334
 335 Double_t AliKalmanTrack::
 336 PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
 337   //--------------------------------------------------------------
 338   // Propagates this track and the argument track to the position of the
 339   // distance of closest approach.
 340   // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
 341   //--------------------------------------------------------------
 342   Double_t xthis,xp;
 343   Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
 344
 345   if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
 346     //AliWarning(" propagation failed !");
 347     return 1e+33;
 348   }
 349
 350   if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
 351     //AliWarning(" propagation failed !";
 352     return 1e+33;
 353   }
 354
 355   return dca;
 356 }