ITS/AliITSsimulationSPDdubna.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 "AliITSsimulationSPDdubna.h"
  16 #include "AliITSsegmentation.h"
  17 #include "AliITSresponse.h"
  18
  19
  20
  21
  22 ClassImp(AliITSsimulationSPDdubna)
  23 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  24 // Version: 0
  25 // Written by Boris Batyunya
  26 // December 20 1999
  27 //
  28 // AliITSsimulationSPDdubna is the simulation of SPDs
  29 //________________________________________________________________________
  30
  31
  32 AliITSsimulationSPDdubna::AliITSsimulationSPDdubna()
  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 AliITSsimulationSPDdubna::AliITSsimulationSPDdubna(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 AliITSsimulationSPDdubna::~AliITSsimulationSPDdubna() {
  69   // destructor
  70
  71   delete fMapA2;
  72
  73   if (fHis) {
  74      fHis->Delete();
  75      delete fHis;
  76   }
  77 }
  78
  79
  80 //__________________________________________________________________________
  81 AliITSsimulationSPDdubna::AliITSsimulationSPDdubna(const AliITSsimulationSPDdubna &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 AliITSsimulationSPDdubna&
  95   AliITSsimulationSPDdubna::operator=(const AliITSsimulationSPDdubna &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 AliITSsimulationSPDdubna::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     Float_t spdThickness = fSegmentation->Dy();
 119     Float_t difCoef, dum;
 120     fResponse->DiffCoeff(difCoef,dum);
 121     if(spdThickness > 290) difCoef = 0.00613;
 122
 123     Float_t zPix0 = 1e+6;
 124     Float_t xPix0 = 1e+6;
 125     Float_t yPrev = 1e+6;
 126
 127     Float_t zPitch = fSegmentation->Dpz(0);
 128     Float_t xPitch = fSegmentation->Dpx(0);
 129
 130     TObjArray *fHits = mod->GetHits();
 131     Int_t nhits = fHits->GetEntriesFast();
 132     if (!nhits) return;
 133
 134     cout<<"len,wid,thickness,nx,nz,pitchx,pitchz,difcoef ="<<spdLength<<","<<spdWidth<<","<<spdThickness<<","<<fNPixelsX<<","<<fNPixelsZ<<","<<xPitch<<","<<zPitch<<","<<difCoef<<endl;
 135   //  Array of pointers to the label-signal list
 136
 137     Int_t maxNDigits = fNPixelsX*fNPixelsZ + fNPixelsX ;;
 138     Float_t  **pList = new Float_t* [maxNDigits];
 139     memset(pList,0,sizeof(Float_t*)*maxNDigits);
 140     Int_t indexRange[4] = {0,0,0,0};
 141
 142     // Fill detector maps with GEANT hits
 143     // loop over hits in the module
 144     static Bool_t first;
 145     Int_t lasttrack=-2;
 146     Int_t hit, iZi, jz, jx;
 147     Int_t idhit=-1; //!
 148     cout<<"SPDdubna: module,nhits ="<<module<<","<<nhits<<endl;
 149     for (hit=0;hit<nhits;hit++) {
 150         AliITShit *iHit = (AliITShit*) fHits->At(hit);
 151         //Int_t layer = iHit->GetLayer();
 152         Float_t yPix0 = -spdThickness/2;
 153
 154         // work with the idtrack=entry number in the TreeH
 155         //Int_t idhit,idtrack; //!
 156         //mod->GetHitTrackAndHitIndex(hit,idtrack,idhit);  //!
 157         //Int_t idtrack=mod->GetHitTrackIndex(hit);
 158         // or store straight away the particle position in the array
 159         // of particles :
 160         if(iHit->StatusEntering()) idhit=hit;
 161         Int_t itrack = iHit->GetTrack();
 162         Int_t dray = 0;
 163
 164         if (lasttrack != itrack || hit==(nhits-1)) first = kTRUE;
 165
 166         //Int_t parent = iHit->GetParticle()->GetFirstMother();
 167         Int_t partcode = iHit->GetParticle()->GetPdgCode();
 168
 169 //  partcode (pdgCode): 11 - e-, 13 - mu-, 22 - gamma, 111 - pi0, 211 - pi+
 170 //                      310 - K0s, 321 - K+, 2112 - n, 2212 - p, 3122 - lambda
 171
 172         /*
 173         Float_t px = iHit->GetPXL();   // the momenta at the
 174         Float_t py = iHit->GetPYL();   // each  GEANT step
 175         Float_t pz = iHit->GetPZL();
 176         Float_t ptot = 1000*sqrt(px*px+py*py+pz*pz);
 177         */
 178
 179         Float_t pmod = iHit->GetParticle()->P(); // total momentum at the
 180                                                    // vertex
 181         pmod *= 1000;
 182
 183
 184         if(partcode == 11 && pmod < 6) dray = 1; // delta ray is e-
 185                                                  // at p < 6 MeV/c
 186
 187
 188         //  Get hit z and x(r*phi) cordinates for each module (detector)
 189         //  in local system.
 190
 191         Float_t zPix = kconv*iHit->GetZL();
 192         Float_t xPix = kconv*iHit->GetXL();
 193         Float_t yPix = kconv*iHit->GetYL();
 194
 195         // Get track status
 196         Int_t status = iHit->GetTrackStatus();
 197
 198         // Check boundaries
 199         if(zPix  > spdLength/2) {
 200           //cout<<"!!! SPD: z outside ="<<zPix<<endl;
 201          zPix = spdLength/2 - 10;
 202         }
 203         if(zPix  < 0 && zPix < -spdLength/2) {
 204           //cout<<"!!! SPD: z outside ="<<zPix<<endl;
 205          zPix = -spdLength/2 + 10;
 206         }
 207         if(xPix  > spdWidth/2) {
 208           //cout<<"!!! SPD: x outside ="<<xPix<<endl;
 209          xPix = spdWidth/2 - 10;
 210         }
 211         if(xPix  < 0 && xPix < -spdWidth/2) {
 212           //cout<<"!!! SPD: x outside ="<<xPix<<endl;
 213          xPix = -spdWidth/2 + 10;
 214         }
 215         Int_t trdown = 0;
 216
 217         // enter Si or after event in Si
 218         if (status == 66 ) {
 219            zPix0 = zPix;
 220            xPix0 = xPix;
 221            yPrev = yPix;
 222         }
 223
 224         Float_t depEnergy = iHit->GetIonization();
 225         // skip if the input point to Si
 226
 227         if(depEnergy <= 0.) continue;
 228
 229         // if track returns to the opposite direction:
 230         if (yPix < yPrev) {
 231             trdown = 1;
 232         }
 233
 234
 235         // take into account the holes diffusion inside the Silicon
 236         // the straight line between the entrance and exit points in Si is
 237         // divided into the several steps; the diffusion is considered
 238         // for each end point of step and charge
 239         // is distributed between the pixels through the diffusion.
 240
 241
 242         //  ---------- the diffusion in Z (beam) direction -------
 243
 244         Float_t charge = depEnergy*kEnToEl;         // charge in e-
 245         Float_t drPath = 0.;
 246         Float_t tang = 0.;
 247         Float_t sigmaDif = 0.;
 248         Float_t zdif = zPix - zPix0;
 249         Float_t xdif = xPix - xPix0;
 250         Float_t ydif = TMath::Abs(yPix - yPrev);
 251         Float_t ydif0 = TMath::Abs(yPrev - yPix0);
 252
 253         if(ydif < 1) continue; // ydif is not zero
 254
 255         Float_t projDif = sqrt(xdif*xdif + zdif*zdif);
 256
 257         Int_t ndZ = (Int_t)TMath::Abs(zdif/zPitch) + 1;
 258         Int_t ndX = (Int_t)TMath::Abs(xdif/xPitch) + 1;
 259
 260         // number of the steps along the track:
 261         Int_t nsteps = ndZ;
 262         if(ndX > ndZ) nsteps = ndX;
 263         if(nsteps < 20) nsteps = 20;  // minimum number of the steps
 264
 265         if (projDif < 5 ) {
 266            drPath = (yPix-yPix0)*1.e-4;
 267            drPath = TMath::Abs(drPath);        // drift path in cm
 268            sigmaDif = difCoef*sqrt(drPath);    // sigma diffusion in cm
 269            sigmaDif = sigmaDif*kconv;         // sigma diffusion in microns
 270            nsteps = 1;
 271         }
 272
 273         if(projDif > 5) tang = ydif/projDif;
 274         Float_t dCharge = charge/nsteps;       // charge in e- for one step
 275         Float_t dZ = zdif/nsteps;
 276         Float_t dX = xdif/nsteps;
 277
 278         for (iZi = 1;iZi <= nsteps;iZi++) {
 279             Float_t dZn = iZi*dZ;
 280             Float_t dXn = iZi*dX;
 281             Float_t zPixn = zPix0 + dZn;
 282             Float_t xPixn = xPix0 + dXn;
 283
 284             if(projDif >= 5) {
 285               Float_t dProjn = sqrt(dZn*dZn+dXn*dXn);
 286                 drPath = dProjn*tang*1.e-4; // drift path for iZi step in cm
 287               if(trdown == 0) {
 288                 drPath = TMath::Abs(drPath) + ydif0*1.e-4;
 289               }
 290               if(trdown == 1) {
 291                 drPath = ydif0*1.e-4 - TMath::Abs(drPath);
 292                 drPath = TMath::Abs(drPath);
 293               }
 294               sigmaDif = difCoef*sqrt(drPath);
 295               sigmaDif = sigmaDif*kconv;         // sigma diffusion in microns
 296             }
 297
 298             zPixn = (zPixn + spdLength/2.);
 299             xPixn = (xPixn + spdWidth/2.);
 300             Int_t nZpix, nXpix;
 301             fSegmentation->GetPadIxz(xPixn,zPixn,nXpix,nZpix);
 302             zPitch = fSegmentation->Dpz(nZpix);
 303             fSegmentation->GetPadTxz(xPixn,zPixn);
 304             // set the window for the integration
 305             Int_t jzmin = 1;
 306             Int_t jzmax = 3;
 307             if(nZpix == 1) jzmin =2;
 308             if(nZpix == fNPixelsZ) jzmax = 2;
 309
 310             Int_t jxmin = 1;
 311             Int_t jxmax = 3;
 312             if(nXpix == 1) jxmin =2;
 313             if(nXpix == fNPixelsX) jxmax = 2;
 314
 315             Float_t zpix = nZpix;
 316             Float_t dZright = zPitch*(zpix - zPixn);
 317             Float_t dZleft = zPitch - dZright;
 318
 319             Float_t xpix = nXpix;
 320             Float_t dXright = xPitch*(xpix - xPixn);
 321             Float_t dXleft = xPitch - dXright;
 322
 323             Float_t dZprev = 0.;
 324             Float_t dZnext = 0.;
 325             Float_t dXprev = 0.;
 326             Float_t dXnext = 0.;
 327
 328             for(jz=jzmin; jz <=jzmax; jz++) {
 329                 if(jz == 1) {
 330                   dZprev = -zPitch - dZleft;
 331                   dZnext = -dZleft;
 332                 }
 333                 if(jz == 2) {
 334                   dZprev = -dZleft;
 335                   dZnext = dZright;
 336                 }
 337                 if(jz == 3) {
 338                   dZprev = dZright;
 339                   dZnext = dZright + zPitch;
 340                 }
 341                 // kz changes from 1 to the fNofPixels(270)
 342                 Int_t kz = nZpix + jz -2;
 343
 344                 Float_t zArg1 = dZprev/sigmaDif;
 345                 Float_t zArg2 = dZnext/sigmaDif;
 346                 Float_t zProb1 = TMath::Erfc(zArg1);
 347                 Float_t zProb2 = TMath::Erfc(zArg2);
 348                 Float_t dZCharge =0.5*(zProb1-zProb2)*dCharge;
 349
 350
 351                 // ----------- holes diffusion in X(r*phi) direction  --------
 352
 353                 if(dZCharge > 1.) {
 354                   for(jx=jxmin; jx <=jxmax; jx++) {
 355                      if(jx == 1) {
 356                        dXprev = -xPitch - dXleft;
 357                        dXnext = -dXleft;
 358                      }
 359                      if(jx == 2) {
 360                        dXprev = -dXleft;
 361                        dXnext = dXright;
 362                      }
 363                      if(jx == 3) {
 364                        dXprev = dXright;
 365                        dXnext = dXright + xPitch;
 366                      }
 367                      Int_t kx = nXpix + jx -2;
 368
 369                      Float_t xArg1 = dXprev/sigmaDif;
 370                      Float_t xArg2 = dXnext/sigmaDif;
 371                      Float_t xProb1 = TMath::Erfc(xArg1);
 372                      Float_t xProb2 = TMath::Erfc(xArg2);
 373                      Float_t dXCharge =0.5*(xProb1-xProb2)*dZCharge;
 374
 375                      if(dXCharge > 1.) {
 376                        Int_t index = kz-1;
 377
 378                        if (first) {
 379                           indexRange[0]=indexRange[1]=index;
 380                           indexRange[2]=indexRange[3]=kx-1;
 381                           first=kFALSE;
 382                        }
 383
 384                        indexRange[0]=TMath::Min(indexRange[0],kz-1);
 385                        indexRange[1]=TMath::Max(indexRange[1],kz-1);
 386                        indexRange[2]=TMath::Min(indexRange[2],kx-1);
 387                        indexRange[3]=TMath::Max(indexRange[3],kx-1);
 388
 389                        // build the list of digits for this module
 390                        Double_t signal=fMapA2->GetSignal(index,kx-1);
 391                        signal+=dXCharge;
 392                        fMapA2->SetHit(index,kx-1,(double)signal);
 393                      }      // dXCharge > 1 e-
 394                   }       // jx loop
 395                 }       // dZCharge > 1 e-
 396             }        // jz loop
 397         }         // iZi loop
 398
 399         if (status == 65) {   // the step is inside of Si
 400            zPix0 = zPix;
 401            xPix0 = xPix;
 402         }
 403         yPrev = yPix;
 404
 405         if(dray == 0) {
 406             GetList(itrack,idhit,pList,indexRange);
 407         }
 408
 409         lasttrack=itrack;
 410     }   // hit loop inside the module
 411
 412
 413     // introduce the electronics effects and do zero-suppression
 414     ChargeToSignal(pList);
 415
 416     // clean memory
 417
 418     fMapA2->ClearMap();
 419
 420
 421 }
 422
 423 //---------------------------------------------
 424 void AliITSsimulationSPDdubna::GetList(Int_t label,Int_t idhit,Float_t **pList,Int_t *indexRange)
 425 {
 426   // lop over nonzero digits
 427
 428
 429   //set protection
 430   for(int k=0;k<4;k++) {
 431      if (indexRange[k] < 0) indexRange[k]=0;
 432   }
 433
 434   for(Int_t iz=indexRange[0];iz<indexRange[1]+1;iz++){
 435     for(Int_t ix=indexRange[2];ix<indexRange[3]+1;ix++){
 436
 437         Float_t signal=fMapA2->GetSignal(iz,ix);
 438
 439         if (!signal) continue;
 440
 441         Int_t globalIndex = iz*fNPixelsX+ix; // GlobalIndex starts from 0!
 442         if(!pList[globalIndex]){
 443
 444            //
 445            // Create new list (9 elements - 3 signals and 3 tracks + 3 hits)
 446            //
 447
 448            pList[globalIndex] = new Float_t [9];
 449
 450            // set list to -3
 451
 452            *pList[globalIndex] = -3.;
 453            *(pList[globalIndex]+1) = -3.;
 454            *(pList[globalIndex]+2) = -3.;
 455            *(pList[globalIndex]+3) =  0.;
 456            *(pList[globalIndex]+4) =  0.;
 457            *(pList[globalIndex]+5) =  0.;
 458            *(pList[globalIndex]+6) = -1.;
 459            *(pList[globalIndex]+7) = -1.;
 460            *(pList[globalIndex]+8) = -1.;
 461
 462
 463            *pList[globalIndex] = (float)label;
 464            *(pList[globalIndex]+3) = signal;
 465            *(pList[globalIndex]+6) = (float)idhit;
 466         }
 467         else{
 468
 469           // check the signal magnitude
 470
 471           Float_t highest = *(pList[globalIndex]+3);
 472           Float_t middle = *(pList[globalIndex]+4);
 473           Float_t lowest = *(pList[globalIndex]+5);
 474
 475           signal -= (highest+middle+lowest);
 476
 477           //
 478           //  compare the new signal with already existing list
 479           //
 480
 481           if(signal<lowest) continue; // neglect this track
 482
 483           if (signal>highest){
 484             *(pList[globalIndex]+5) = middle;
 485             *(pList[globalIndex]+4) = highest;
 486             *(pList[globalIndex]+3) = signal;
 487
 488             *(pList[globalIndex]+2) = *(pList[globalIndex]+1);
 489             *(pList[globalIndex]+1) = *pList[globalIndex];
 490             *pList[globalIndex] = label;
 491
 492             *(pList[globalIndex]+8) = *(pList[globalIndex]+7);
 493             *(pList[globalIndex]+7) = *(pList[globalIndex]+6);
 494             *(pList[globalIndex]+6) = idhit;
 495           }
 496           else if (signal>middle){
 497             *(pList[globalIndex]+5) = middle;
 498             *(pList[globalIndex]+4) = signal;
 499
 500             *(pList[globalIndex]+2) = *(pList[globalIndex]+1);
 501             *(pList[globalIndex]+1) = label;
 502
 503             *(pList[globalIndex]+8) = *(pList[globalIndex]+7);
 504             *(pList[globalIndex]+7) = idhit;
 505           }
 506           else{
 507             *(pList[globalIndex]+5) = signal;
 508             *(pList[globalIndex]+2) = label;
 509             *(pList[globalIndex]+8) = idhit;
 510           }
 511         }
 512     } // end of loop pixels in x
 513   } // end of loop over pixels in z
 514
 515
 516 }
 517
 518
 519 //---------------------------------------------
 520 void AliITSsimulationSPDdubna::ChargeToSignal(Float_t **pList)
 521 {
 522   // add noise and electronics, perform the zero suppression and add the
 523   // digit to the list
 524
 525   AliITS *aliITS = (AliITS*)gAlice->GetModule("ITS");
 526
 527
 528   Float_t threshold = (float)fResponse->MinVal();
 529
 530   Int_t digits[3], tracks[3], hits[3],gi,j1;
 531   Float_t charges[3];
 532   Float_t electronics;
 533   Float_t signal,phys;
 534   for(Int_t iz=0;iz<fNPixelsZ;iz++){
 535     for(Int_t ix=0;ix<fNPixelsX;ix++){
 536       electronics = fBaseline + fNoise*gRandom->Gaus();
 537       signal = (float)fMapA2->GetSignal(iz,ix);
 538       signal += electronics;
 539       gi =iz*fNPixelsX+ix; // global index
 540       if (signal > threshold) {
 541          digits[0]=iz;
 542          digits[1]=ix;
 543          digits[2]=1;
 544          for(j1=0;j1<3;j1++){
 545            if (pList[gi]) {
 546              //b.b.          tracks[j1]=-3;
 547              tracks[j1] = (Int_t)(*(pList[gi]+j1));
 548              hits[j1] = (Int_t)(*(pList[gi]+j1+6));
 549            }else {
 550              tracks[j1]=-2; //noise
 551              hits[j1] = -1;
 552            }
 553            charges[j1] = 0;
 554          }
 555
 556          if(tracks[0] == tracks[1] && tracks[0] == tracks[2]) {
 557            tracks[1] = -3;
 558            hits[1] = -1;
 559            tracks[2] = -3;
 560            hits[2] = -1;
 561          }
 562          if(tracks[0] == tracks[1] && tracks[0] != tracks[2]) {
 563            tracks[1] = -3;
 564            hits[1] = -1;
 565          }
 566          if(tracks[0] == tracks[2] && tracks[0] != tracks[1]) {
 567            tracks[2] = -3;
 568            hits[2] = -1;
 569          }
 570          if(tracks[1] == tracks[2] && tracks[0] != tracks[1]) {
 571            tracks[2] = -3;
 572            hits[2] = -1;
 573          }
 574
 575          phys=0;
 576          aliITS->AddSimDigit(0,phys,digits,tracks,hits,charges);
 577       }
 578       if(pList[gi]) delete [] pList[gi];
 579     }
 580   }
 581   delete [] pList;
 582
 583 }
 584
 585
 586 //____________________________________________
 587
 588 void AliITSsimulationSPDdubna::CreateHistograms()
 589 {
 590   // create 1D histograms for tests
 591
 592       printf("SPD - create histograms\n");
 593
 594       fHis=new TObjArray(fNPixelsZ);
 595       TString spdName("spd_");
 596       for (Int_t i=0;i<fNPixelsZ;i++) {
 597            Char_t pixelz[4];
 598            sprintf(pixelz,"%d",i+1);
 599            spdName.Append(pixelz);
 600            (*fHis)[i] = new TH1F(spdName.Data(),"SPD maps",
 601                               fNPixelsX,0.,(Float_t) fNPixelsX);
 602       }
 603 }
 604
 605 //____________________________________________
 606
 607 void AliITSsimulationSPDdubna::ResetHistograms()
 608 {
 609     //
 610     // Reset histograms for this detector
 611     //
 612
 613     for ( int i=0;i<fNPixelsZ;i++ ) {
 614         if ((*fHis)[i])    ((TH1F*)(*fHis)[i])->Reset();
 615     }
 616
 617 }
 618
 619
 620
 621
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 625
 626