]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blobdiff - STEER/AliKalmanTrack.cxx
new digitization and reconstruction corresponded to new data format
[u/mrichter/AliRoot.git] / STEER / AliKalmanTrack.cxx
index c82f383ea5cd6dbf33d1fe00bcfd1968fd55222f..90e6730416d51f4beb3571b68c38b08bff1c4a39 100644 (file)
  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  **************************************************************************/
 
+/* $Id$ */
+
 //-------------------------------------------------------------------------
 //                Implementation of the AliKalmanTrack class
-//
+//   that is the base for AliTPCtrack, AliITStrackV2 and AliTRDtrack
 //        Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch
 //-------------------------------------------------------------------------
-
+#include "AliTracker.h"
 #include "AliKalmanTrack.h"
+#include "TGeoManager.h"
 
 ClassImp(AliKalmanTrack)
 
-Double_t AliKalmanTrack::fConvConst;
+//_______________________________________________________________________
+AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():
+  fLab(-3141593),
+  fFakeRatio(0),
+  fChi2(0),
+  fMass(AliPID::ParticleMass(AliPID::kPion)),
+  fN(0),
+  fLocalConvConst(0),
+  fStartTimeIntegral(kFALSE),
+  fIntegratedLength(0)
+{
+  //
+  // Default constructor
+  //
+  if (AliTracker::GetFieldMap()==0) {
+      AliFatal("The magnetic field has not been set!");
+  }
+
+  for(Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
+  TObject(t),
+  fLab(t.fLab),
+  fFakeRatio(t.fFakeRatio),
+  fChi2(t.fChi2),
+  fMass(t.fMass),
+  fN(t.fN),
+  fLocalConvConst(t.fLocalConvConst),
+  fStartTimeIntegral(t.fStartTimeIntegral),
+  fIntegratedLength(t.fIntegratedLength)
+{
+  //
+  // Copy constructor
+  //
+  if (AliTracker::GetFieldMap()==0) {
+    AliFatal("The magnetic field has not been set!");
+  }
+  
+  for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
+      fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral() 
+{
+  // Sylwester Radomski, GSI
+  // S.Radomski@gsi.de
+  //
+  // Start time integration
+  // To be called at Vertex by ITS tracker
+  //
+  
+  //if (fStartTimeIntegral) 
+  //  AliWarning("Reseting Recorded Time.");
+
+  fStartTimeIntegral = kTRUE;
+  for(Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i] = 0;  
+  fIntegratedLength = 0;
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length) 
+{
+  // 
+  // Add step to integrated time
+  // this method should be called by a sublasses at the end
+  // of the PropagateTo function or by a tracker
+  // each time step is made.
+  //
+  // If integration not started function does nothing
+  //
+  // Formula
+  // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
+  // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
+  //
+  // pt = 1/external parameter [4]
+  // tg lambda = external parameter [3]
+  //
+  //
+  // Sylwester Radomski, GSI
+  // S.Radomski@gsi.de
+  // 
+  
+  static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
+
+  if (!fStartTimeIntegral) return;
+  
+  fIntegratedLength += length;
+
+  Double_t xr, param[5];
+  Double_t pt, tgl;
+  
+  GetExternalParameters(xr, param);
+  pt =  1/param[4] ;
+  tgl = param[3];
+
+  Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
+
+  if (length > 100) return;
+
+  for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) {
+    
+    Double_t mass = AliPID::ParticleMass(i);
+    Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
+    Double_t time = length * correction / kcc;
+
+    fIntegratedTime[i] += time;
+  }
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const 
+{
+  // Sylwester Radomski, GSI
+  // S.Radomski@gsi.de
+  //
+  // Return integrated time hypothesis for a given particle
+  // type assumption.
+  //
+  // Input parameter:
+  // pdg - Pdg code of a particle type
+  //
+
+
+  if (!fStartTimeIntegral) {
+    AliWarning("Time integration not started");
+    return 0.;
+  }
+
+  for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
+    if (AliPID::ParticleCode(i) == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
+
+  AliWarning(Form("Particle type [%d] not found", pdg));
+  return 0;
+}
+
+void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
+  for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
+}
+
+void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
+  for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
+}
+
+void AliKalmanTrack::External2Helix(Double_t helix[6]) const { 
+  //--------------------------------------------------------------------
+  // External track parameters -> helix parameters 
+  //--------------------------------------------------------------------
+  Double_t alpha,x,cs,sn;
+  GetExternalParameters(x,helix); alpha=GetAlpha();
+
+  cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
+  helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
+  helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
+//helix[1]=                               // z0
+  helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
+//helix[3]=                               // tgl
+  helix[4]=helix[4]/GetLocalConvConst();  // C
+}
+
+static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
+                     Double_t r[3],  //radius vector
+                     Double_t g[3],  //first defivatives
+                     Double_t gg[3]) //second derivatives
+{
+  //--------------------------------------------------------------------
+  // Calculate position of a point on a track and some derivatives
+  //--------------------------------------------------------------------
+  Double_t phase=h[4]*t+h[2];
+  Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
+
+  r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
+  r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];  
+  r[2] = h[1] + h[3]*t;
+
+  g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
+  
+  gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
+}
+
+Double_t AliKalmanTrack::
+GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
+  //------------------------------------------------------------
+  // Returns the (weighed !) distance of closest approach between 
+  // this track and the track passed as the argument.
+  // Other returned values:
+  //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA 
+  //-----------------------------------------------------------
+  Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
+  Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
+  Double_t dx2=dy2; 
+
+  //dx2=dy2=dz2=1.;
+
+  Double_t p1[8]; External2Helix(p1);
+  p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
+  Double_t p2[8]; p->External2Helix(p2);
+  p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
+
+
+  Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
+  Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
+  Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
+  Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
+
+  Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
+  Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
+
+  Int_t max=27;
+  while (max--) {
+     Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
+     Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
+     Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 + 
+                  (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
+                  (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
+     Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 + 
+                  (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
+                  (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
+     Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
+
+     Double_t det=h11*h22-h12*h12;
+
+     Double_t dt1,dt2;
+     if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
+        //(quasi)singular Hessian
+        dt1=-gt1; dt2=-gt2;
+     } else {
+        dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det; 
+        dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
+     }
+
+     if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
+
+     //check delta(phase1) ?
+     //check delta(phase2) ?
+
+     if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
+     if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
+        if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2) 
+         AliWarning(" stopped at not a stationary point !");
+        Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
+        if (lmb < 0.) 
+         AliWarning(" stopped at not a minimum !");
+        break;
+     }
+
+     Double_t dd=dm;
+     for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
+        Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
+        Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
+        dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
+        dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
+       if (dd<dm) break;
+        dt1*=0.5; dt2*=0.5;
+        if (div>512) {
+           AliWarning(" overshoot !"); break;
+        }   
+     }
+     dm=dd;
+
+     t1+=dt1;
+     t2+=dt2;
+
+  }
+
+  if (max<=0) AliWarning(" too many iterations !");
+
+  Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
+  Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
+  xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
+
+  cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
+  sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
+  xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
+
+  return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
+}
+
+Double_t 
+AliKalmanTrack::PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
+  //--------------------------------------------------------------
+  // Propagates this track and the argument track to the position of the
+  // distance of closest approach. 
+  // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
+  //--------------------------------------------------------------
+  Double_t xthis,xp;
+  Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
+
+  if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
+    //AliWarning(" propagation failed !");
+    return 1e+33;
+  }  
+
+  if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
+    //AliWarning(" propagation failed !";
+    return 1e+33;
+  }  
+
+  return dca;
+}
+
+
+
+
+
+Double_t AliKalmanTrack::MeanMaterialBudget(Double_t *start, Double_t *end, Double_t *mparam)
+{
+  //
+  // calculate mean material budget and material properties beween point start and end
+  // mparam - returns parameters used for dEdx and multiple scatering
+  //
+  // mparam[0] - density mean 
+  // mparam[1] - rad length
+  // mparam[2] - A mean
+  // mparam[3] - Z mean
+  // mparam[4] - length
+  // mparam[5] - Z/A mean
+  // mparam[6] - number of boundary crosses
+  //
+    mparam[0]=0; mparam[1]=1; mparam[2] =0; mparam[3] =0, mparam[4]=0, mparam[5]=0; mparam[6]=0; 
+  //
+  Double_t bparam[6], lparam[6];          // bparam - total param - lparam - local parameters
+  for (Int_t i=0;i<6;i++) bparam[i]=0;    // 
+
+  if (!gGeoManager) {
+    printf("ERROR: no TGeo\n");
+    return 0.;
+  }
+  //
+  Double_t length;
+  Double_t dir[3];
+  length = TMath::Sqrt((end[0]-start[0])*(end[0]-start[0])+
+                      (end[1]-start[1])*(end[1]-start[1])+
+                      (end[2]-start[2])*(end[2]-start[2]));
+  mparam[4]=length;
+  if (length<TGeoShape::Tolerance()) return 0.0;
+  Double_t invlen = 1./length;
+  dir[0] = (end[0]-start[0])*invlen;
+  dir[1] = (end[1]-start[1])*invlen;
+  dir[2] = (end[2]-start[2])*invlen;
+  // Initialize start point and direction
+  TGeoNode *currentnode = 0;
+  TGeoNode *startnode = gGeoManager->InitTrack(start, dir);
+  //  printf("%s length=%f\n",gGeoManager->GetPath(),length);
+  if (!startnode) {
+    printf("ERROR: start point out of geometry\n");
+    return 0.0;
+  }
+  TGeoMaterial *material = startnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
+  lparam[0] = material->GetDensity();
+  lparam[1]   = material->GetRadLen();
+  lparam[2]   = material->GetA();
+  lparam[3]   = material->GetZ();
+  lparam[4]   = length; 
+  lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
+  if (material->IsMixture()) {
+    lparam[1]*=lparam[0];  // different normalization in the modeler for mixture
+    TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
+    lparam[5] =0;
+    Double_t sum =0;
+    for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
+      sum  += mixture->GetWmixt()[iel];
+      lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
+    }
+    lparam[5]/=sum;
+  }
+  gGeoManager->FindNextBoundary(length);
+  Double_t snext = gGeoManager->GetStep();
+  Double_t step = 0.0;
+  // If no boundary within proposed length, return current density
+  if (snext>=length) {
+    for (Int_t ip=0;ip<5;ip++) mparam[ip] = lparam[ip];  
+    return lparam[0];
+  }
+  // Try to cross the boundary and see what is next
+  while (length>TGeoShape::Tolerance()) {
+    mparam[6]+=1.;
+    currentnode = gGeoManager->Step();
+    step += snext+1.E-6;
+    bparam[1]    += snext*lparam[1];
+    bparam[2]    += snext*lparam[2];
+    bparam[3]    += snext*lparam[3];
+    bparam[5]    += snext*lparam[5];    
+    bparam[0]    += snext*lparam[0];
+
+    if (snext>=length) break;
+    if (!currentnode) break;
+    //    printf("%s snext=%f  density=%f bparam[0]=%f\n", gGeoManager->GetPath(),snext,density,bparam[0]);
+    if (!gGeoManager->IsEntering()) {
+      gGeoManager->SetStep(1.E-3);
+      currentnode = gGeoManager->Step();
+      if (!gGeoManager->IsEntering() || !currentnode) {
+       //      printf("ERROR: cannot cross boundary\n"); 
+       mparam[0] = bparam[0]/step;
+       mparam[1] = bparam[1]/step;
+       mparam[2] = bparam[2]/step;
+       mparam[3] = bparam[3]/step;     
+       mparam[5] = bparam[5]/step;     
+       mparam[4] = step;
+       mparam[0] = 0.;             // if crash of navigation take mean density 0 
+       mparam[1] = 1000000;        // and infinite rad length
+        return bparam[0]/step;
+      }
+      step += 1.E-3;
+      snext += 1.E-3;
+      bparam[0] += lparam[0]*1.E-3;
+      bparam[1]    += lparam[1]*1.E-3;
+      bparam[2]    += lparam[2]*1.E-3;
+      bparam[3]    += lparam[3]*1.E-3;
+      bparam[5]    += lparam[5]*1.E-3;
+    }
+    length -= snext;
+    material = currentnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
+    lparam[0] = material->GetDensity();
+    lparam[1]  = material->GetRadLen();
+    lparam[2]  = material->GetA();
+    lparam[3]  = material->GetZ();
+    lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
+    if (material->IsMixture()) {
+      lparam[1]*=lparam[0];
+      TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
+      lparam[5]=0; 
+      Double_t sum =0;
+      for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
+       sum+= mixture->GetWmixt()[iel];
+       lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
+      }
+      lparam[5]/=sum;
+    }
+    gGeoManager->FindNextBoundary(length);
+    snext = gGeoManager->GetStep();
+  }   
+  mparam[0] = bparam[0]/step;
+  mparam[1] = bparam[1]/step;
+  mparam[2] = bparam[2]/step;
+  mparam[3] = bparam[3]/step;  
+  mparam[5] = bparam[5]/step;  
+  return bparam[0]/step;   
+  
+}
+
+Double_t AliKalmanTrack::GetConvConst() {
+  return 1000/0.299792458/AliTracker::GetBz();
+}
+
+void AliKalmanTrack::SaveLocalConvConst() {
+  //---------------------------------------------------------------------
+  // Saves local conversion constant "curvature (1/cm) -> pt (GeV/c)" 
+  //---------------------------------------------------------------------
+  if (AliTracker::UniformField()) {
+     fLocalConvConst=1000/0.299792458/AliTracker::GetBz();
+  } else {
+     Float_t r[3]; GetXYZ(r);
+     fLocalConvConst=1000/0.299792458/AliTracker::GetBz(r);
+  }
+}