2b7e739d3d18f3a6aa27f205a44afbd6990a9c87
[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 "AliPDG.h"
26 #include "TPDGCode.h"
27 #include "TDatabasePDG.h"
28
29 ClassImp(AliKalmanTrack)
30
31 Double_t AliKalmanTrack::fgConvConst;
32
33 //_______________________________________________________________________
34 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():
35   fLab(-3141593),
36   fChi2(0),
37   fMass(0.13957),
38   fN(0)
39 {
40   //
41   // Default constructor
42   //
43     if (fgConvConst==0) 
44       Fatal("AliKalmanTrack()","The magnetic field has not been set !\n"); 
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   fChi2(t.fChi2),
56   fMass(t.fMass),
57   fN(t.fN)
58 {
59   //
60   // Copy constructor
61   //
62   if (fgConvConst==0) 
63     Fatal("AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack&)",
64           "The magnetic field has not been set !\n"); 
65
66   fStartTimeIntegral = t.fStartTimeIntegral;
67   fIntegratedLength = t.fIntegratedLength;
68   
69   for (Int_t i=0; i<5; i++) 
70     fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
71 }
72
73 //_______________________________________________________________________
74 Double_t AliKalmanTrack::GetX() const
75 {
76   Warning("GetX()","Method must be overloaded !\n");
77   return 0.;
78 }
79 //_______________________________________________________________________
80 Double_t AliKalmanTrack::GetdEdx() const
81 {
82   Warning("GetdEdx()","Method must be overloaded !\n");
83   return 0.;
84 }
85
86 //_______________________________________________________________________
87 Double_t AliKalmanTrack::GetY() const
88 {
89   Double_t par[5];
90   Double_t localX = GetX();
91   GetExternalParameters(localX, par);
92   return par[0];
93 }
94 //_______________________________________________________________________
95 Double_t AliKalmanTrack::GetZ() const
96 {
97   Double_t par[5];
98   Double_t localX = GetX();
99   GetExternalParameters(localX, par);
100   return par[1];
101 }
102 //_______________________________________________________________________
103 Double_t AliKalmanTrack::GetSnp() const
104 {
105   Double_t par[5];
106   Double_t localX = GetX();
107   GetExternalParameters(localX, par);
108   return par[2];
109 }
110 //_______________________________________________________________________
111 Double_t AliKalmanTrack::GetTgl() const
112 {
113   Double_t par[5];
114   Double_t localX = GetX();
115   GetExternalParameters(localX, par);
116   return par[3];
117 }
118 //_______________________________________________________________________
119 Double_t AliKalmanTrack::Get1Pt() const
120 {
121   Double_t par[5];
122   Double_t localX = GetX();
123   GetExternalParameters(localX, par);
124   return par[4];
125 }
126
127 //_______________________________________________________________________
128 Double_t AliKalmanTrack::Phi() const
129 {
130 // return global phi of track
131
132   Double_t par[5];
133   Double_t localX = GetX();
134   GetExternalParameters(localX, par);
135   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
136   while (phi < 0) phi += TMath::TwoPi();
137   while (phi > TMath::TwoPi()) phi -= TMath::TwoPi();
138   return phi;
139 }
140 //_______________________________________________________________________
141 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPhi() const
142 {
143 // return error of global phi of track
144
145   Double_t par[5];
146   Double_t cov[15];
147   Double_t localX = GetX();
148   GetExternalParameters(localX, par);
149   GetExternalCovariance(cov);
150   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5] / (1. - par[2]*par[2])));
151 }
152 //_______________________________________________________________________
153 Double_t AliKalmanTrack::Theta() const
154 {
155 // return global theta of track
156
157   Double_t par[5];
158   Double_t localX = GetX();
159   GetExternalParameters(localX, par);
160   return TMath::Pi()/2. - TMath::ATan(par[3]);
161 }
162 //_______________________________________________________________________
163 Double_t AliKalmanTrack::SigmaTheta() const
164 {
165 // return error of global theta of track
166
167   Double_t par[5];
168   Double_t cov[15];
169   Double_t localX = GetX();
170   GetExternalParameters(localX, par);
171   GetExternalCovariance(cov);
172   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5])) / (1. + par[3]*par[3]);
173 }
174 //_______________________________________________________________________
175 Double_t AliKalmanTrack::Px() const
176 {
177 // return x component of track momentum
178
179   Double_t par[5];
180   Double_t localX = GetX();
181   GetExternalParameters(localX, par);
182   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
183   return TMath::Cos(phi) / TMath::Abs(par[4]);
184 }
185 //_______________________________________________________________________
186 Double_t AliKalmanTrack::Py() const
187 {
188 // return y component of track momentum
189
190   Double_t par[5];
191   Double_t localX = GetX();
192   GetExternalParameters(localX, par);
193   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
194   return TMath::Sin(phi) / TMath::Abs(par[4]);
195 }
196 //_______________________________________________________________________
197 Double_t AliKalmanTrack::Pz() const
198 {
199 // return z component of track momentum
200
201   Double_t par[5];
202   Double_t localX = GetX();
203   GetExternalParameters(localX, par);
204   return par[3] / TMath::Abs(par[4]);
205 }
206 //_______________________________________________________________________
207 Double_t AliKalmanTrack::Pt() const
208 {
209 // return transverse component of track momentum
210
211   Double_t par[5];
212   Double_t localX = GetX();
213   GetExternalParameters(localX, par);
214   return 1. / TMath::Abs(par[4]);
215 }
216 //_______________________________________________________________________
217 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPt() const
218 {
219 // return error of transverse component of track momentum
220
221   Double_t par[5];
222   Double_t cov[15];
223   Double_t localX = GetX();
224   GetExternalParameters(localX, par);
225   GetExternalCovariance(cov);
226   return TMath::Sqrt(cov[14]) / TMath::Abs(par[4]);
227 }
228 //_______________________________________________________________________
229 Double_t AliKalmanTrack::P() const
230 {
231 // return total track momentum
232
233   Double_t par[5];
234   Double_t localX = GetX();
235   GetExternalParameters(localX, par);
236   return 1. / TMath::Abs(par[4] * TMath::Sin(TMath::ATan(par[3])));
237 }
238 //_______________________________________________________________________
239 TVector3 AliKalmanTrack::Momentum() const
240 {
241 // return track momentum vector
242
243   Double_t par[5];
244   Double_t localX = GetX();
245   GetExternalParameters(localX, par);
246   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
247   return TVector3(TMath::Cos(phi) / TMath::Abs(par[4]),
248                   TMath::Sin(phi) / TMath::Abs(par[4]),
249                   par[3] / TMath::Abs(par[4]));
250 }
251
252 //_______________________________________________________________________
253 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral() 
254 {
255   // Sylwester Radomski, GSI
256   // S.Radomski@gsi.de
257   //
258   // Start time integration
259   // To be called at Vertex by ITS tracker
260   //
261   
262   //if (fStartTimeIntegral) 
263   //  Warning("StartTimeIntegral", "Reseting Recorded Time.");
264
265   fStartTimeIntegral = kTRUE;
266   for(Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i] = 0;  
267   fIntegratedLength = 0;
268 }
269 //_______________________________________________________________________
270 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length) 
271 {
272   // 
273   // Add step to integrated time
274   // this method should be called by a sublasses at the end
275   // of the PropagateTo function or by a tracker
276   // each time step is made.
277   //
278   // If integration not started function does nothing
279   //
280   // Formula
281   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
282   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
283   //
284   // pt = 1/external parameter [4]
285   // tg lambda = external parameter [3]
286   //
287   //
288   // Sylwester Radomski, GSI
289   // S.Radomski@gsi.de
290   // 
291   
292   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
293
294   if (!fStartTimeIntegral) return;
295   
296   fIntegratedLength += length;
297
298   static Int_t pdgCode[fgkTypes]  = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
299   TDatabasePDG *db = TDatabasePDG::Instance();
300
301   Double_t xr, param[5];
302   Double_t pt, tgl;
303   
304   GetExternalParameters(xr, param);
305   pt =  1/param[4] ;
306   tgl = param[3];
307
308   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
309
310   if (length > 100) return;
311
312   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) {
313     
314     Double_t mass = db->GetParticle(pdgCode[i])->Mass();
315     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
316     Double_t time = length * correction / kcc;
317
318     //cout << mass << "\t" << pt << "\t" << p << "\t" 
319     //     << correction << endl;
320
321     fIntegratedTime[i] += time;
322   }
323 }
324
325 //_______________________________________________________________________
326
327 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const 
328 {
329   // Sylwester Radomski, GSI
330   // S.Radomski@gsi.de
331   //
332   // Return integrated time hypothesis for a given particle
333   // type assumption.
334   //
335   // Input parameter:
336   // pdg - Pdg code of a particle type
337   //
338
339
340   if (!fStartTimeIntegral) {
341     Warning("GetIntegratedTime","Time integration not started");
342     return 0.;
343   }
344
345   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
346
347   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
348     if (pdgCode[i] == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
349
350   Warning(":GetIntegratedTime","Particle type [%d] not found", pdg);
351   return 0;
352 }
353 //_______________________________________________________________________
354
355 void AliKalmanTrack::PrintTime() const
356 {
357   // Sylwester Radomski, GSI
358   // S.Radomski@gsi.de
359   //
360   // For testing
361   // Prints time for all hypothesis
362   //
363
364   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
365
366   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
367     printf("%d: %.2f  ", pdgCode[i], fIntegratedTime[i]);
368   printf("\n");  
369 }
370
371 static void External2Helix(const AliKalmanTrack *t, Double_t helix[6]) { 
372   //--------------------------------------------------------------------
373   // External track parameters -> helix parameters 
374   //--------------------------------------------------------------------
375   Double_t alpha,x,cs,sn;
376   t->GetExternalParameters(x,helix); alpha=t->GetAlpha();
377
378   cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
379   helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
380   helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
381 //helix[1]=                               // z0
382   helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
383 //helix[3]=                               // tgl
384   helix[4]=helix[4]/t->GetConvConst();    // C
385 }
386
387 static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
388                      Double_t r[3],  //radius vector
389                      Double_t g[3],  //first defivatives
390                      Double_t gg[3]) //second derivatives
391 {
392   //--------------------------------------------------------------------
393   // Calculate position of a point on a track and some derivatives
394   //--------------------------------------------------------------------
395   Double_t phase=h[4]*t+h[2];
396   Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
397
398   r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
399   r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];  
400   r[2] = h[1] + h[3]*t;
401
402   g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
403   
404   gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
405 }
406
407 Double_t AliKalmanTrack::
408 GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
409   //------------------------------------------------------------
410   // Returns the (weighed !) distance of closest approach between 
411   // this track and the track passed as the argument.
412   // Other returned values:
413   //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA 
414   //-----------------------------------------------------------
415   Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
416   Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
417   Double_t dx2=dy2; 
418
419   //dx2=dy2=dz2=1.;
420
421   Double_t p1[8]; External2Helix(this,p1);
422   p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
423   Double_t p2[8]; External2Helix(p,p2);
424   p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
425
426
427   Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
428   Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
429   Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
430   Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
431
432   Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
433   Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
434
435   Int_t max=27;
436   while (max--) {
437      Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
438      Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
439      Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 + 
440                   (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
441                   (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
442      Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 + 
443                   (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
444                   (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
445      Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
446
447      Double_t det=h11*h22-h12*h12;
448
449      Double_t dt1,dt2;
450      if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
451         //(quasi)singular Hessian
452         dt1=-gt1; dt2=-gt2;
453      } else {
454         dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det; 
455         dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
456      }
457
458      if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
459
460      //check delta(phase1) ?
461      //check delta(phase2) ?
462
463      if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
464      if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
465         if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2) 
466           Warning("GetDCA"," stopped at not a stationary point !\n");
467         Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
468         if (lmb < 0.) 
469           Warning("GetDCA"," stopped at not a minimum !\n");
470         break;
471      }
472
473      Double_t dd=dm;
474      for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
475         Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
476         Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
477         dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
478         dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
479         if (dd<dm) break;
480         dt1*=0.5; dt2*=0.5;
481         if (div>512) {
482            Warning("GetDCA"," overshoot !\n"); break;
483         }   
484      }
485      dm=dd;
486
487      t1+=dt1;
488      t2+=dt2;
489
490   }
491
492   if (max<=0) Warning("GetDCA"," too many iterations !\n");  
493
494   Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
495   Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
496   xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
497
498   cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
499   sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
500   xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
501
502   return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
503 }
504
505 Double_t AliKalmanTrack::
506 PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
507   //--------------------------------------------------------------
508   // Propagates this track and the argument track to the position of the
509   // distance of closest approach. 
510   // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
511   //--------------------------------------------------------------
512   Double_t xthis,xp;
513   Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
514
515   if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
516     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n");
517     return 1e+33;
518   }  
519
520   if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
521     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n";
522     return 1e+33;
523   }  
524
525   return dca;
526 }