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 "AliPDG.h"
  26 #include "TPDGCode.h"
  27 #include "TDatabasePDG.h"
  28 #include "AliRunLoader.h"
  29 #include "AliRun.h"
  30 #include "AliMagF.h"
  31
  32 ClassImp(AliKalmanTrack)
  33
  34 Double_t AliKalmanTrack::fgConvConst;
  35
  36 //_______________________________________________________________________
  37 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():
  38   fLab(-3141593),
  39   fChi2(0),
  40   fMass(0.13957),
  41   fN(0)
  42 {
  43   //
  44   // Default constructor
  45   //
  46     if (fgConvConst==0) {
  47       Warning("AliKalmanTrack()", "The magnetic field has not been set!");
  48       SetConvConst();
  49     }
  50
  51     fStartTimeIntegral = kFALSE;
  52     fIntegratedLength = 0;
  53     for(Int_t i=0; i<5; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
  54 }
  55
  56 //_______________________________________________________________________
  57 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
  58   TObject(t),
  59   fLab(t.fLab),
  60   fChi2(t.fChi2),
  61   fMass(t.fMass),
  62   fN(t.fN)
  63 {
  64   //
  65   // Copy constructor
  66   //
  67   if (fgConvConst==0) {
  68     Warning("AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack&)",
  69             "The magnetic field has not been set!");
  70     SetConvConst();
  71   }
  72
  73   fStartTimeIntegral = t.fStartTimeIntegral;
  74   fIntegratedLength = t.fIntegratedLength;
  75
  76   for (Int_t i=0; i<5; i++)
  77     fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
  78 }
  79
  80
  81 //_______________________________________________________________________
  82 void AliKalmanTrack::SetConvConst()
  83 {
  84   ::Info("SetConvConst()", "tryinig to get the magnetic field from the AliRun object...");
  85   AliRunLoader* loader = AliRunLoader::GetRunLoader();
  86   if (!loader) ::Fatal("SetConvConst()", "No run loader found");
  87   if (!loader->GetAliRun()) loader->LoadgAlice();
  88   AliRun* alirun = loader->GetAliRun();
  89   if (!alirun) ::Fatal("SetConvConst()", "No AliRun object found");
  90
  91   Double_t field = alirun->Field()->SolenoidField();
  92   SetConvConst(1000/0.299792458/field);
  93   ::Info("SetConvConst()", "Magnetic field set to %f kGauss\n", field);
  94 }
  95
  96 //_______________________________________________________________________
  97 Double_t AliKalmanTrack::GetX() const
  98 {
  99   Warning("GetX()","Method must be overloaded !\n");
 100   return 0.;
 101 }
 102 //_______________________________________________________________________
 103 Double_t AliKalmanTrack::GetdEdx() const
 104 {
 105   Warning("GetdEdx()","Method must be overloaded !\n");
 106   return 0.;
 107 }
 108
 109 //_______________________________________________________________________
 110 Double_t AliKalmanTrack::GetY() const
 111 {
 112   Double_t par[5];
 113   Double_t localX = GetX();
 114   GetExternalParameters(localX, par);
 115   return par[0];
 116 }
 117 //_______________________________________________________________________
 118 Double_t AliKalmanTrack::GetZ() const
 119 {
 120   Double_t par[5];
 121   Double_t localX = GetX();
 122   GetExternalParameters(localX, par);
 123   return par[1];
 124 }
 125 //_______________________________________________________________________
 126 Double_t AliKalmanTrack::GetSnp() const
 127 {
 128   Double_t par[5];
 129   Double_t localX = GetX();
 130   GetExternalParameters(localX, par);
 131   return par[2];
 132 }
 133 //_______________________________________________________________________
 134 Double_t AliKalmanTrack::GetTgl() const
 135 {
 136   Double_t par[5];
 137   Double_t localX = GetX();
 138   GetExternalParameters(localX, par);
 139   return par[3];
 140 }
 141 //_______________________________________________________________________
 142 Double_t AliKalmanTrack::Get1Pt() const
 143 {
 144   Double_t par[5];
 145   Double_t localX = GetX();
 146   GetExternalParameters(localX, par);
 147   return par[4];
 148 }
 149
 150 //_______________________________________________________________________
 151 Double_t AliKalmanTrack::Phi() const
 152 {
 153 // return global phi of track
 154
 155   Double_t par[5];
 156   Double_t localX = GetX();
 157   GetExternalParameters(localX, par);
 158   if (par[2] >  1.) par[2] =  1.;
 159   if (par[2] < -1.) par[2] = -1.;
 160   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
 161   while (phi < 0) phi += TMath::TwoPi();
 162   while (phi > TMath::TwoPi()) phi -= TMath::TwoPi();
 163   return phi;
 164 }
 165 //_______________________________________________________________________
 166 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPhi() const
 167 {
 168 // return error of global phi of track
 169
 170   Double_t par[5];
 171   Double_t cov[15];
 172   Double_t localX = GetX();
 173   GetExternalParameters(localX, par);
 174   GetExternalCovariance(cov);
 175   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5] / (1. - par[2]*par[2])));
 176 }
 177 //_______________________________________________________________________
 178 Double_t AliKalmanTrack::Theta() const
 179 {
 180 // return global theta of track
 181
 182   Double_t par[5];
 183   Double_t localX = GetX();
 184   GetExternalParameters(localX, par);
 185   return TMath::Pi()/2. - TMath::ATan(par[3]);
 186 }
 187 //_______________________________________________________________________
 188 Double_t AliKalmanTrack::SigmaTheta() const
 189 {
 190 // return error of global theta of track
 191
 192   Double_t par[5];
 193   Double_t cov[15];
 194   Double_t localX = GetX();
 195   GetExternalParameters(localX, par);
 196   GetExternalCovariance(cov);
 197   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5])) / (1. + par[3]*par[3]);
 198 }
 199 //_______________________________________________________________________
 200 Double_t AliKalmanTrack::Eta() const
 201 {
 202 // return global eta of track
 203
 204   return -TMath::Log(TMath::Tan(Theta()/2.));
 205 }
 206 //_______________________________________________________________________
 207 Double_t AliKalmanTrack::Px() const
 208 {
 209 // return x component of track momentum
 210
 211   Double_t par[5];
 212   Double_t localX = GetX();
 213   GetExternalParameters(localX, par);
 214   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
 215   return TMath::Cos(phi) / TMath::Abs(par[4]);
 216 }
 217 //_______________________________________________________________________
 218 Double_t AliKalmanTrack::Py() const
 219 {
 220 // return y component of track momentum
 221
 222   Double_t par[5];
 223   Double_t localX = GetX();
 224   GetExternalParameters(localX, par);
 225   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
 226   return TMath::Sin(phi) / TMath::Abs(par[4]);
 227 }
 228 //_______________________________________________________________________
 229 Double_t AliKalmanTrack::Pz() const
 230 {
 231 // return z component of track momentum
 232
 233   Double_t par[5];
 234   Double_t localX = GetX();
 235   GetExternalParameters(localX, par);
 236   return par[3] / TMath::Abs(par[4]);
 237 }
 238 //_______________________________________________________________________
 239 Double_t AliKalmanTrack::Pt() const
 240 {
 241 // return transverse component of track momentum
 242
 243   Double_t par[5];
 244   Double_t localX = GetX();
 245   GetExternalParameters(localX, par);
 246   return 1. / TMath::Abs(par[4]);
 247 }
 248 //_______________________________________________________________________
 249 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPt() const
 250 {
 251 // return error of transverse component of track momentum
 252
 253   Double_t par[5];
 254   Double_t cov[15];
 255   Double_t localX = GetX();
 256   GetExternalParameters(localX, par);
 257   GetExternalCovariance(cov);
 258   return TMath::Sqrt(cov[14]) / TMath::Abs(par[4]);
 259 }
 260 //_______________________________________________________________________
 261 Double_t AliKalmanTrack::P() const
 262 {
 263 // return total track momentum
 264
 265   Double_t par[5];
 266   Double_t localX = GetX();
 267   GetExternalParameters(localX, par);
 268   return 1. / TMath::Abs(par[4] * TMath::Cos(TMath::ATan(par[3])));
 269 }
 270 //_______________________________________________________________________
 271 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral()
 272 {
 273   // Sylwester Radomski, GSI
 274   // S.Radomski@gsi.de
 275   //
 276   // Start time integration
 277   // To be called at Vertex by ITS tracker
 278   //
 279
 280   //if (fStartTimeIntegral)
 281   //  Warning("StartTimeIntegral", "Reseting Recorded Time.");
 282
 283   fStartTimeIntegral = kTRUE;
 284   for(Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
 285   fIntegratedLength = 0;
 286 }
 287 //_______________________________________________________________________
 288 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length)
 289 {
 290   //
 291   // Add step to integrated time
 292   // this method should be called by a sublasses at the end
 293   // of the PropagateTo function or by a tracker
 294   // each time step is made.
 295   //
 296   // If integration not started function does nothing
 297   //
 298   // Formula
 299   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
 300   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
 301   //
 302   // pt = 1/external parameter [4]
 303   // tg lambda = external parameter [3]
 304   //
 305   //
 306   // Sylwester Radomski, GSI
 307   // S.Radomski@gsi.de
 308   //
 309
 310   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
 311
 312   if (!fStartTimeIntegral) return;
 313
 314   fIntegratedLength += length;
 315
 316   static Int_t pdgCode[fgkTypes]  = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 317   TDatabasePDG *db = TDatabasePDG::Instance();
 318
 319   Double_t xr, param[5];
 320   Double_t pt, tgl;
 321
 322   GetExternalParameters(xr, param);
 323   pt =  1/param[4] ;
 324   tgl = param[3];
 325
 326   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
 327
 328   if (length > 100) return;
 329
 330   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) {
 331
 332     Double_t mass = db->GetParticle(pdgCode[i])->Mass();
 333     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
 334     Double_t time = length * correction / kcc;
 335
 336     //cout << mass << "\t" << pt << "\t" << p << "\t"
 337     //     << correction << endl;
 338
 339     fIntegratedTime[i] += time;
 340   }
 341 }
 342
 343 //_______________________________________________________________________
 344
 345 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const
 346 {
 347   // Sylwester Radomski, GSI
 348   // S.Radomski@gsi.de
 349   //
 350   // Return integrated time hypothesis for a given particle
 351   // type assumption.
 352   //
 353   // Input parameter:
 354   // pdg - Pdg code of a particle type
 355   //
 356
 357
 358   if (!fStartTimeIntegral) {
 359     Warning("GetIntegratedTime","Time integration not started");
 360     return 0.;
 361   }
 362
 363   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 364
 365   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
 366     if (pdgCode[i] == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
 367
 368   Warning(":GetIntegratedTime","Particle type [%d] not found", pdg);
 369   return 0;
 370 }
 371
 372 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
 373   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
 374 }
 375
 376 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
 377   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
 378 }
 379
 380 //_______________________________________________________________________
 381
 382 void AliKalmanTrack::PrintTime() const
 383 {
 384   // Sylwester Radomski, GSI
 385   // S.Radomski@gsi.de
 386   //
 387   // For testing
 388   // Prints time for all hypothesis
 389   //
 390
 391   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 392
 393   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
 394     printf("%d: %.2f  ", pdgCode[i], fIntegratedTime[i]);
 395   printf("\n");
 396 }
 397
 398 static void External2Helix(const AliKalmanTrack *t, Double_t helix[6]) {
 399   //--------------------------------------------------------------------
 400   // External track parameters -> helix parameters
 401   //--------------------------------------------------------------------
 402   Double_t alpha,x,cs,sn;
 403   t->GetExternalParameters(x,helix); alpha=t->GetAlpha();
 404
 405   cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
 406   helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
 407   helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
 408 //helix[1]=                               // z0
 409   helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
 410 //helix[3]=                               // tgl
 411   helix[4]=helix[4]/t->GetConvConst();    // C
 412 }
 413
 414 static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
 415                      Double_t r[3],  //radius vector
 416                      Double_t g[3],  //first defivatives
 417                      Double_t gg[3]) //second derivatives
 418 {
 419   //--------------------------------------------------------------------
 420   // Calculate position of a point on a track and some derivatives
 421   //--------------------------------------------------------------------
 422   Double_t phase=h[4]*t+h[2];
 423   Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
 424
 425   r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
 426   r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];
 427   r[2] = h[1] + h[3]*t;
 428
 429   g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
 430
 431   gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
 432 }
 433
 434 Double_t AliKalmanTrack::
 435 GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
 436   //------------------------------------------------------------
 437   // Returns the (weighed !) distance of closest approach between
 438   // this track and the track passed as the argument.
 439   // Other returned values:
 440   //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA
 441   //-----------------------------------------------------------
 442   Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
 443   Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
 444   Double_t dx2=dy2;
 445
 446   //dx2=dy2=dz2=1.;
 447
 448   Double_t p1[8]; External2Helix(this,p1);
 449   p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
 450   Double_t p2[8]; External2Helix(p,p2);
 451   p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
 452
 453
 454   Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
 455   Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
 456   Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
 457   Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
 458
 459   Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
 460   Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 461
 462   Int_t max=27;
 463   while (max--) {
 464      Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
 465      Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
 466      Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 +
 467                   (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
 468                   (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
 469      Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 +
 470                   (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
 471                   (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
 472      Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
 473
 474      Double_t det=h11*h22-h12*h12;
 475
 476      Double_t dt1,dt2;
 477      if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
 478         //(quasi)singular Hessian
 479         dt1=-gt1; dt2=-gt2;
 480      } else {
 481         dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det;
 482         dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
 483      }
 484
 485      if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
 486
 487      //check delta(phase1) ?
 488      //check delta(phase2) ?
 489
 490      if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
 491      if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
 492         if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2)
 493           Warning("GetDCA"," stopped at not a stationary point !\n");
 494         Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
 495         if (lmb < 0.)
 496           Warning("GetDCA"," stopped at not a minimum !\n");
 497         break;
 498      }
 499
 500      Double_t dd=dm;
 501      for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
 502         Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
 503         Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
 504         dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
 505         dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 506         if (dd<dm) break;
 507         dt1*=0.5; dt2*=0.5;
 508         if (div>512) {
 509            Warning("GetDCA"," overshoot !\n"); break;
 510         }
 511      }
 512      dm=dd;
 513
 514      t1+=dt1;
 515      t2+=dt2;
 516
 517   }
 518
 519   if (max<=0) Warning("GetDCA"," too many iterations !\n");
 520
 521   Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
 522   Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
 523   xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
 524
 525   cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
 526   sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
 527   xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
 528
 529   return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
 530 }
 531
 532 Double_t AliKalmanTrack::
 533 PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
 534   //--------------------------------------------------------------
 535   // Propagates this track and the argument track to the position of the
 536   // distance of closest approach.
 537   // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
 538   //--------------------------------------------------------------
 539   Double_t xthis,xp;
 540   Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
 541
 542   if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
 543     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n");
 544     return 1e+33;
 545   }
 546
 547   if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
 548     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n";
 549     return 1e+33;
 550   }
 551
 552   return dca;
 553 }