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