39886242bcd773054329881a50bd8f23fe11f79b
[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   if (par[2] >  1.) par[2] =  1.;
136   if (par[2] < -1.) par[2] = -1.;
137   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
138   while (phi < 0) phi += TMath::TwoPi();
139   while (phi > TMath::TwoPi()) phi -= TMath::TwoPi();
140   return phi;
141 }
142 //_______________________________________________________________________
143 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPhi() const
144 {
145 // return error of global phi of track
146
147   Double_t par[5];
148   Double_t cov[15];
149   Double_t localX = GetX();
150   GetExternalParameters(localX, par);
151   GetExternalCovariance(cov);
152   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5] / (1. - par[2]*par[2])));
153 }
154 //_______________________________________________________________________
155 Double_t AliKalmanTrack::Theta() const
156 {
157 // return global theta of track
158
159   Double_t par[5];
160   Double_t localX = GetX();
161   GetExternalParameters(localX, par);
162   return TMath::Pi()/2. - TMath::ATan(par[3]);
163 }
164 //_______________________________________________________________________
165 Double_t AliKalmanTrack::SigmaTheta() const
166 {
167 // return error of global theta of track
168
169   Double_t par[5];
170   Double_t cov[15];
171   Double_t localX = GetX();
172   GetExternalParameters(localX, par);
173   GetExternalCovariance(cov);
174   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5])) / (1. + par[3]*par[3]);
175 }
176 //_______________________________________________________________________
177 Double_t AliKalmanTrack::Px() const
178 {
179 // return x component of track momentum
180
181   Double_t par[5];
182   Double_t localX = GetX();
183   GetExternalParameters(localX, par);
184   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
185   return TMath::Cos(phi) / TMath::Abs(par[4]);
186 }
187 //_______________________________________________________________________
188 Double_t AliKalmanTrack::Py() const
189 {
190 // return y component of track momentum
191
192   Double_t par[5];
193   Double_t localX = GetX();
194   GetExternalParameters(localX, par);
195   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
196   return TMath::Sin(phi) / TMath::Abs(par[4]);
197 }
198 //_______________________________________________________________________
199 Double_t AliKalmanTrack::Pz() const
200 {
201 // return z component of track momentum
202
203   Double_t par[5];
204   Double_t localX = GetX();
205   GetExternalParameters(localX, par);
206   return par[3] / TMath::Abs(par[4]);
207 }
208 //_______________________________________________________________________
209 Double_t AliKalmanTrack::Pt() const
210 {
211 // return transverse component of track momentum
212
213   Double_t par[5];
214   Double_t localX = GetX();
215   GetExternalParameters(localX, par);
216   return 1. / TMath::Abs(par[4]);
217 }
218 //_______________________________________________________________________
219 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPt() const
220 {
221 // return error of transverse component of track momentum
222
223   Double_t par[5];
224   Double_t cov[15];
225   Double_t localX = GetX();
226   GetExternalParameters(localX, par);
227   GetExternalCovariance(cov);
228   return TMath::Sqrt(cov[14]) / TMath::Abs(par[4]);
229 }
230 //_______________________________________________________________________
231 Double_t AliKalmanTrack::P() const
232 {
233 // return total track momentum
234
235   Double_t par[5];
236   Double_t localX = GetX();
237   GetExternalParameters(localX, par);
238   return 1. / TMath::Abs(par[4] * TMath::Cos(TMath::ATan(par[3])));
239 }
240 //_______________________________________________________________________
241 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral() 
242 {
243   // Sylwester Radomski, GSI
244   // S.Radomski@gsi.de
245   //
246   // Start time integration
247   // To be called at Vertex by ITS tracker
248   //
249   
250   //if (fStartTimeIntegral) 
251   //  Warning("StartTimeIntegral", "Reseting Recorded Time.");
252
253   fStartTimeIntegral = kTRUE;
254   for(Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i] = 0;  
255   fIntegratedLength = 0;
256 }
257 //_______________________________________________________________________
258 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length) 
259 {
260   // 
261   // Add step to integrated time
262   // this method should be called by a sublasses at the end
263   // of the PropagateTo function or by a tracker
264   // each time step is made.
265   //
266   // If integration not started function does nothing
267   //
268   // Formula
269   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
270   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
271   //
272   // pt = 1/external parameter [4]
273   // tg lambda = external parameter [3]
274   //
275   //
276   // Sylwester Radomski, GSI
277   // S.Radomski@gsi.de
278   // 
279   
280   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
281
282   if (!fStartTimeIntegral) return;
283   
284   fIntegratedLength += length;
285
286   static Int_t pdgCode[fgkTypes]  = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
287   TDatabasePDG *db = TDatabasePDG::Instance();
288
289   Double_t xr, param[5];
290   Double_t pt, tgl;
291   
292   GetExternalParameters(xr, param);
293   pt =  1/param[4] ;
294   tgl = param[3];
295
296   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
297
298   if (length > 100) return;
299
300   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) {
301     
302     Double_t mass = db->GetParticle(pdgCode[i])->Mass();
303     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
304     Double_t time = length * correction / kcc;
305
306     //cout << mass << "\t" << pt << "\t" << p << "\t" 
307     //     << correction << endl;
308
309     fIntegratedTime[i] += time;
310   }
311 }
312
313 //_______________________________________________________________________
314
315 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const 
316 {
317   // Sylwester Radomski, GSI
318   // S.Radomski@gsi.de
319   //
320   // Return integrated time hypothesis for a given particle
321   // type assumption.
322   //
323   // Input parameter:
324   // pdg - Pdg code of a particle type
325   //
326
327
328   if (!fStartTimeIntegral) {
329     Warning("GetIntegratedTime","Time integration not started");
330     return 0.;
331   }
332
333   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
334
335   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
336     if (pdgCode[i] == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
337
338   Warning(":GetIntegratedTime","Particle type [%d] not found", pdg);
339   return 0;
340 }
341
342 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
343   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
344 }
345
346 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
347   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
348 }
349
350 //_______________________________________________________________________
351
352 void AliKalmanTrack::PrintTime() const
353 {
354   // Sylwester Radomski, GSI
355   // S.Radomski@gsi.de
356   //
357   // For testing
358   // Prints time for all hypothesis
359   //
360
361   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
362
363   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
364     printf("%d: %.2f  ", pdgCode[i], fIntegratedTime[i]);
365   printf("\n");  
366 }
367
368 static void External2Helix(const AliKalmanTrack *t, Double_t helix[6]) { 
369   //--------------------------------------------------------------------
370   // External track parameters -> helix parameters 
371   //--------------------------------------------------------------------
372   Double_t alpha,x,cs,sn;
373   t->GetExternalParameters(x,helix); alpha=t->GetAlpha();
374
375   cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
376   helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
377   helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
378 //helix[1]=                               // z0
379   helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
380 //helix[3]=                               // tgl
381   helix[4]=helix[4]/t->GetConvConst();    // C
382 }
383
384 static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
385                      Double_t r[3],  //radius vector
386                      Double_t g[3],  //first defivatives
387                      Double_t gg[3]) //second derivatives
388 {
389   //--------------------------------------------------------------------
390   // Calculate position of a point on a track and some derivatives
391   //--------------------------------------------------------------------
392   Double_t phase=h[4]*t+h[2];
393   Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
394
395   r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
396   r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];  
397   r[2] = h[1] + h[3]*t;
398
399   g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
400   
401   gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
402 }
403
404 Double_t AliKalmanTrack::
405 GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
406   //------------------------------------------------------------
407   // Returns the (weighed !) distance of closest approach between 
408   // this track and the track passed as the argument.
409   // Other returned values:
410   //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA 
411   //-----------------------------------------------------------
412   Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
413   Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
414   Double_t dx2=dy2; 
415
416   //dx2=dy2=dz2=1.;
417
418   Double_t p1[8]; External2Helix(this,p1);
419   p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
420   Double_t p2[8]; External2Helix(p,p2);
421   p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
422
423
424   Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
425   Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
426   Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
427   Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
428
429   Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
430   Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
431
432   Int_t max=27;
433   while (max--) {
434      Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
435      Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
436      Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 + 
437                   (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
438                   (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
439      Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 + 
440                   (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
441                   (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
442      Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
443
444      Double_t det=h11*h22-h12*h12;
445
446      Double_t dt1,dt2;
447      if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
448         //(quasi)singular Hessian
449         dt1=-gt1; dt2=-gt2;
450      } else {
451         dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det; 
452         dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
453      }
454
455      if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
456
457      //check delta(phase1) ?
458      //check delta(phase2) ?
459
460      if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
461      if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
462         if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2) 
463           Warning("GetDCA"," stopped at not a stationary point !\n");
464         Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
465         if (lmb < 0.) 
466           Warning("GetDCA"," stopped at not a minimum !\n");
467         break;
468      }
469
470      Double_t dd=dm;
471      for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
472         Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
473         Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
474         dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
475         dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
476         if (dd<dm) break;
477         dt1*=0.5; dt2*=0.5;
478         if (div>512) {
479            Warning("GetDCA"," overshoot !\n"); break;
480         }   
481      }
482      dm=dd;
483
484      t1+=dt1;
485      t2+=dt2;
486
487   }
488
489   if (max<=0) Warning("GetDCA"," too many iterations !\n");  
490
491   Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
492   Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
493   xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
494
495   cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
496   sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
497   xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
498
499   return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
500 }
501
502 Double_t AliKalmanTrack::
503 PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
504   //--------------------------------------------------------------
505   // Propagates this track and the argument track to the position of the
506   // distance of closest approach. 
507   // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
508   //--------------------------------------------------------------
509   Double_t xthis,xp;
510   Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
511
512   if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
513     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n");
514     return 1e+33;
515   }  
516
517   if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
518     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n";
519     return 1e+33;
520   }  
521
522   return dca;
523 }