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 "TGeoManager.h"
  26
  27 ClassImp(AliKalmanTrack)
  28
  29 const AliMagF *AliKalmanTrack::fgkFieldMap=0;
  30 Double_t AliKalmanTrack::fgConvConst=0.;
  31
  32 //_______________________________________________________________________
  33 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():
  34   fLab(-3141593),
  35   fFakeRatio(0),
  36   fChi2(0),
  37   fMass(AliPID::ParticleMass(AliPID::kPion)),
  38   fN(0),
  39   fLocalConvConst(0),
  40   fStartTimeIntegral(kFALSE),
  41   fIntegratedLength(0)
  42 {
  43   //
  44   // Default constructor
  45   //
  46     if (fgkFieldMap==0) {
  47       AliFatal("The magnetic field has not been set!");
  48     }
  49
  50     for(Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; 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   fLocalConvConst(t.fLocalConvConst),
  62   fStartTimeIntegral(t.fStartTimeIntegral),
  63   fIntegratedLength(t.fIntegratedLength)
  64 {
  65   //
  66   // Copy constructor
  67   //
  68   if (fgkFieldMap==0) {
  69     AliFatal("The magnetic field has not been set!");
  70   }
  71
  72   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; 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<AliPID::kSPECIES; 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   Double_t xr, param[5];
 123   Double_t pt, tgl;
 124
 125   GetExternalParameters(xr, param);
 126   pt =  1/param[4] ;
 127   tgl = param[3];
 128
 129   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
 130
 131   if (length > 100) return;
 132
 133   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) {
 134
 135     Double_t mass = AliPID::ParticleMass(i);
 136     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
 137     Double_t time = length * correction / kcc;
 138
 139     fIntegratedTime[i] += time;
 140   }
 141 }
 142
 143 //_______________________________________________________________________
 144
 145 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const
 146 {
 147   // Sylwester Radomski, GSI
 148   // S.Radomski@gsi.de
 149   //
 150   // Return integrated time hypothesis for a given particle
 151   // type assumption.
 152   //
 153   // Input parameter:
 154   // pdg - Pdg code of a particle type
 155   //
 156
 157
 158   if (!fStartTimeIntegral) {
 159     AliWarning("Time integration not started");
 160     return 0.;
 161   }
 162
 163   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
 164     if (AliPID::ParticleCode(i) == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
 165
 166   AliWarning(Form("Particle type [%d] not found", pdg));
 167   return 0;
 168 }
 169
 170 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
 171   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
 172 }
 173
 174 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
 175   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
 176 }
 177
 178 //_______________________________________________________________________
 179
 180 void AliKalmanTrack::PrintTime() const
 181 {
 182   // Sylwester Radomski, GSI
 183   // S.Radomski@gsi.de
 184   //
 185   // For testing
 186   // Prints time for all hypothesis
 187   //
 188
 189   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
 190     printf("%d: %.2f  ", AliPID::ParticleCode(i), fIntegratedTime[i]);
 191   printf("\n");
 192 }
 193
 194 void AliKalmanTrack::External2Helix(Double_t helix[6]) const {
 195   //--------------------------------------------------------------------
 196   // External track parameters -> helix parameters
 197   //--------------------------------------------------------------------
 198   Double_t alpha,x,cs,sn;
 199   GetExternalParameters(x,helix); alpha=GetAlpha();
 200
 201   cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
 202   helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
 203   helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
 204 //helix[1]=                               // z0
 205   helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
 206 //helix[3]=                               // tgl
 207   helix[4]=helix[4]/GetLocalConvConst();  // C
 208 }
 209
 210 static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
 211                      Double_t r[3],  //radius vector
 212                      Double_t g[3],  //first defivatives
 213                      Double_t gg[3]) //second derivatives
 214 {
 215   //--------------------------------------------------------------------
 216   // Calculate position of a point on a track and some derivatives
 217   //--------------------------------------------------------------------
 218   Double_t phase=h[4]*t+h[2];
 219   Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
 220
 221   r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
 222   r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];
 223   r[2] = h[1] + h[3]*t;
 224
 225   g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
 226
 227   gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
 228 }
 229
 230 Double_t AliKalmanTrack::
 231 GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
 232   //------------------------------------------------------------
 233   // Returns the (weighed !) distance of closest approach between
 234   // this track and the track passed as the argument.
 235   // Other returned values:
 236   //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA
 237   //-----------------------------------------------------------
 238   Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
 239   Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
 240   Double_t dx2=dy2;
 241
 242   //dx2=dy2=dz2=1.;
 243
 244   Double_t p1[8]; External2Helix(p1);
 245   p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
 246   Double_t p2[8]; p->External2Helix(p2);
 247   p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
 248
 249
 250   Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
 251   Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
 252   Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
 253   Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
 254
 255   Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
 256   Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 257
 258   Int_t max=27;
 259   while (max--) {
 260      Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
 261      Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
 262      Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 +
 263                   (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
 264                   (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
 265      Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 +
 266                   (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
 267                   (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
 268      Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
 269
 270      Double_t det=h11*h22-h12*h12;
 271
 272      Double_t dt1,dt2;
 273      if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
 274         //(quasi)singular Hessian
 275         dt1=-gt1; dt2=-gt2;
 276      } else {
 277         dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det;
 278         dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
 279      }
 280
 281      if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
 282
 283      //check delta(phase1) ?
 284      //check delta(phase2) ?
 285
 286      if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
 287      if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
 288         if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2)
 289           AliWarning(" stopped at not a stationary point !");
 290         Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
 291         if (lmb < 0.)
 292           AliWarning(" stopped at not a minimum !");
 293         break;
 294      }
 295
 296      Double_t dd=dm;
 297      for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
 298         Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
 299         Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
 300         dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
 301         dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 302         if (dd<dm) break;
 303         dt1*=0.5; dt2*=0.5;
 304         if (div>512) {
 305            AliWarning(" overshoot !"); break;
 306         }
 307      }
 308      dm=dd;
 309
 310      t1+=dt1;
 311      t2+=dt2;
 312
 313   }
 314
 315   if (max<=0) AliWarning(" too many iterations !");
 316
 317   Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
 318   Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
 319   xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
 320
 321   cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
 322   sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
 323   xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
 324
 325   return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
 326 }
 327
 328 Double_t AliKalmanTrack::
 329 PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
 330   //--------------------------------------------------------------
 331   // Propagates this track and the argument track to the position of the
 332   // distance of closest approach.
 333   // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
 334   //--------------------------------------------------------------
 335   Double_t xthis,xp;
 336   Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
 337
 338   if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
 339     //AliWarning(" propagation failed !");
 340     return 1e+33;
 341   }
 342
 343   if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
 344     //AliWarning(" propagation failed !";
 345     return 1e+33;
 346   }
 347
 348   return dca;
 349 }
 350
 351
 352
 353
 354
 355 Double_t AliKalmanTrack::MeanMaterialBudget(Double_t *start, Double_t *end, Double_t *mparam)
 356 {
 357   //
 358   // calculate mean material budget and material properties beween point start and end
 359   // mparam - returns parameters used for dEdx and multiple scatering
 360   //
 361   // mparam[0] - density mean
 362   // mparam[1] - rad length
 363   // mparam[2] - A mean
 364   // mparam[3] - Z mean
 365   // mparam[4] - length
 366   // mparam[5] - Z/A mean
 367   // mparam[6] - number of boundary crosses
 368   //
 369     mparam[0]=0; mparam[1]=1; mparam[2] =0; mparam[3] =0, mparam[4]=0, mparam[5]=0; mparam[6]=0;
 370   //
 371   Double_t bparam[6], lparam[6];          // bparam - total param - lparam - local parameters
 372   for (Int_t i=0;i<6;i++) bparam[i]=0;    //
 373
 374   if (!gGeoManager) {
 375     printf("ERROR: no TGeo\n");
 376     return 0.;
 377   }
 378   //
 379   Double_t length;
 380   Double_t dir[3];
 381   length = TMath::Sqrt((end[0]-start[0])*(end[0]-start[0])+
 382                        (end[1]-start[1])*(end[1]-start[1])+
 383                        (end[2]-start[2])*(end[2]-start[2]));
 384   mparam[4]=length;
 385   if (length<TGeoShape::Tolerance()) return 0.0;
 386   Double_t invlen = 1./length;
 387   dir[0] = (end[0]-start[0])*invlen;
 388   dir[1] = (end[1]-start[1])*invlen;
 389   dir[2] = (end[2]-start[2])*invlen;
 390   // Initialize start point and direction
 391   TGeoNode *currentnode = 0;
 392   TGeoNode *startnode = gGeoManager->InitTrack(start, dir);
 393   //  printf("%s length=%f\n",gGeoManager->GetPath(),length);
 394   if (!startnode) {
 395     printf("ERROR: start point out of geometry\n");
 396     return 0.0;
 397   }
 398   TGeoMaterial *material = startnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
 399   lparam[0] = material->GetDensity();
 400   lparam[1]   = material->GetRadLen();
 401   lparam[2]   = material->GetA();
 402   lparam[3]   = material->GetZ();
 403   lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
 404   if (material->IsMixture()) {
 405     lparam[1]*=lparam[0];  // different normalization in the modeler for mixture
 406     TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
 407     lparam[5] =0;
 408     Double_t sum =0;
 409     for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
 410       sum  += mixture->GetWmixt()[iel];
 411       lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
 412     }
 413     lparam[5]/=sum;
 414   }
 415   gGeoManager->FindNextBoundary(length);
 416   Double_t snext = gGeoManager->GetStep();
 417   Double_t step = 0.0;
 418   // If no boundary within proposed length, return current density
 419   if (snext>=length) {
 420     for (Int_t ip=0;ip<5;ip++) mparam[ip] = lparam[ip];
 421     return lparam[0];
 422   }
 423   // Try to cross the boundary and see what is next
 424   while (length>TGeoShape::Tolerance()) {
 425     mparam[6]+=1.;
 426     currentnode = gGeoManager->Step();
 427     step += snext+1.E-6;
 428     bparam[1]    += snext*lparam[1];
 429     bparam[2]    += snext*lparam[2];
 430     bparam[3]    += snext*lparam[3];
 431     bparam[5]    += snext*lparam[5];
 432     bparam[0]    += snext*lparam[0];
 433
 434     if (snext>=length) break;
 435     if (!currentnode) break;
 436     //    printf("%s snext=%f  density=%f bparam[0]=%f\n", gGeoManager->GetPath(),snext,density,bparam[0]);
 437     if (!gGeoManager->IsEntering()) {
 438       gGeoManager->SetStep(1.E-3);
 439       currentnode = gGeoManager->Step();
 440       if (!gGeoManager->IsEntering() || !currentnode) {
 441         //      printf("ERROR: cannot cross boundary\n");
 442         mparam[0] = bparam[0]/step;
 443         mparam[1] = bparam[1]/step;
 444         mparam[2] = bparam[2]/step;
 445         mparam[3] = bparam[3]/step;
 446         mparam[5] = bparam[5]/step;
 447         mparam[4] = step;
 448         mparam[0] = 0.;             // if crash of navigation take mean density 0
 449         mparam[1] = 1000000;        // and infinite rad length
 450         return bparam[0]/step;
 451       }
 452       step += 1.E-3;
 453       snext += 1.E-3;
 454       bparam[0] += lparam[0]*1.E-3;
 455       bparam[1]    += lparam[1]*1.E-3;
 456       bparam[2]    += lparam[2]*1.E-3;
 457       bparam[3]    += lparam[3]*1.E-3;
 458       bparam[5]    += lparam[5]*1.E-3;
 459     }
 460     length -= snext;
 461     material = currentnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
 462     lparam[0] = material->GetDensity();
 463     lparam[1]  = material->GetRadLen();
 464     lparam[2]  = material->GetA();
 465     lparam[3]  = material->GetZ();
 466     lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
 467     if (material->IsMixture()) {
 468       lparam[1]*=lparam[0];
 469       TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
 470       lparam[5]=0;
 471       Double_t sum =0;
 472       for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
 473         sum+= mixture->GetWmixt()[iel];
 474         lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
 475       }
 476       lparam[5]/=sum;
 477     }
 478     gGeoManager->FindNextBoundary(length);
 479     snext = gGeoManager->GetStep();
 480   }
 481   mparam[0] = bparam[0]/step;
 482   mparam[1] = bparam[1]/step;
 483   mparam[2] = bparam[2]/step;
 484   mparam[3] = bparam[3]/step;
 485   mparam[5] = bparam[5]/step;
 486   return bparam[0]/step;
 487
 488 }