5d6dfb2fe233b1cef9ad73453f5afc2ccd91f000
[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!");
45     }
46     
47     fStartTimeIntegral = kFALSE;
48     fIntegratedLength = 0;
49     for(Int_t i=0; i<5; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
50 }
51
52 //_______________________________________________________________________
53 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
54   TObject(t),
55   fLab(t.fLab),
56   fFakeRatio(t.fFakeRatio),
57   fChi2(t.fChi2),
58   fMass(t.fMass),
59   fN(t.fN)
60 {
61   //
62   // Copy constructor
63   //
64   if (fgConvConst==0) {
65     Fatal("AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack&)", 
66             "The magnetic field has not been set!");
67   }
68
69   fStartTimeIntegral = t.fStartTimeIntegral;
70   fIntegratedLength = t.fIntegratedLength;
71   
72   for (Int_t i=0; i<5; i++) 
73     fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
74 }
75
76 //_______________________________________________________________________
77 Double_t AliKalmanTrack::GetX() const
78 {
79   // Returns the X coordinate of the current track position
80   Warning("GetX()","Method must be overloaded !\n");
81   return 0.;
82 }
83 //_______________________________________________________________________
84 Double_t AliKalmanTrack::GetdEdx() const
85 {
86   // Returns the dE/dx of the track
87   Warning("GetdEdx()","Method must be overloaded !\n");
88   return 0.;
89 }
90
91 //_______________________________________________________________________
92 Double_t AliKalmanTrack::GetY() const
93 {
94   // Returns the Y coordinate of the current track position
95   Double_t par[5];
96   Double_t localX = GetX();
97   GetExternalParameters(localX, par);
98   return par[0];
99 }
100 //_______________________________________________________________________
101 Double_t AliKalmanTrack::GetZ() const
102 {
103   // Returns the Z coordinate of the current track position
104   Double_t par[5];
105   Double_t localX = GetX();
106   GetExternalParameters(localX, par);
107   return par[1];
108 }
109 //_______________________________________________________________________
110 Double_t AliKalmanTrack::GetSnp() const
111 {
112   // Returns the Sin(phi), where phi is the angle between the transverse
113   // momentum (in xOy plane) and the X axis
114   Double_t par[5];
115   Double_t localX = GetX();
116   GetExternalParameters(localX, par);
117   return par[2];
118 }
119 //_______________________________________________________________________
120 Double_t AliKalmanTrack::GetTgl() const
121 {
122   // Returns the Tan(lambda), where lambda is the dip angle (between 
123   // the bending plane (xOy) and the momentum of the track
124   Double_t par[5];
125   Double_t localX = GetX();
126   GetExternalParameters(localX, par);
127   return par[3];
128 }
129 //_______________________________________________________________________
130 Double_t AliKalmanTrack::Get1Pt() const
131 {
132   // Returns 1/pT
133   Double_t par[5];
134   Double_t localX = GetX();
135   GetExternalParameters(localX, par);
136   return par[4];
137 }
138
139 //_______________________________________________________________________
140 Double_t AliKalmanTrack::Phi() const
141 {
142 // return global phi of track
143
144   Double_t par[5];
145   Double_t localX = GetX();
146   GetExternalParameters(localX, par);
147   if (par[2] >  1.) par[2] =  1.;
148   if (par[2] < -1.) par[2] = -1.;
149   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
150   while (phi < 0) phi += TMath::TwoPi();
151   while (phi > TMath::TwoPi()) phi -= TMath::TwoPi();
152   return phi;
153 }
154 //_______________________________________________________________________
155 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPhi() const
156 {
157 // return error of global phi of track
158
159   Double_t par[5];
160   Double_t cov[15];
161   Double_t localX = GetX();
162   GetExternalParameters(localX, par);
163   GetExternalCovariance(cov);
164   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5] / (1. - par[2]*par[2])));
165 }
166 //_______________________________________________________________________
167 Double_t AliKalmanTrack::Theta() const
168 {
169 // return global theta of track
170
171   Double_t par[5];
172   Double_t localX = GetX();
173   GetExternalParameters(localX, par);
174   return TMath::Pi()/2. - TMath::ATan(par[3]);
175 }
176 //_______________________________________________________________________
177 Double_t AliKalmanTrack::SigmaTheta() const
178 {
179 // return error of global theta of track
180
181   Double_t par[5];
182   Double_t cov[15];
183   Double_t localX = GetX();
184   GetExternalParameters(localX, par);
185   GetExternalCovariance(cov);
186   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5])) / (1. + par[3]*par[3]);
187 }
188 //_______________________________________________________________________
189 Double_t AliKalmanTrack::Eta() const
190 {
191 // return global eta of track
192
193   return -TMath::Log(TMath::Tan(Theta()/2.));
194 }
195 //_______________________________________________________________________
196 Double_t AliKalmanTrack::Px() const
197 {
198 // return x component of track momentum
199
200   Double_t par[5];
201   Double_t localX = GetX();
202   GetExternalParameters(localX, par);
203   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
204   return TMath::Cos(phi) / TMath::Abs(par[4]);
205 }
206 //_______________________________________________________________________
207 Double_t AliKalmanTrack::Py() const
208 {
209 // return y component of track momentum
210
211   Double_t par[5];
212   Double_t localX = GetX();
213   GetExternalParameters(localX, par);
214   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
215   return TMath::Sin(phi) / TMath::Abs(par[4]);
216 }
217 //_______________________________________________________________________
218 Double_t AliKalmanTrack::Pz() const
219 {
220 // return z component of track momentum
221
222   Double_t par[5];
223   Double_t localX = GetX();
224   GetExternalParameters(localX, par);
225   return par[3] / TMath::Abs(par[4]);
226 }
227 //_______________________________________________________________________
228 Double_t AliKalmanTrack::Pt() const
229 {
230 // return transverse component of track momentum
231
232   Double_t par[5];
233   Double_t localX = GetX();
234   GetExternalParameters(localX, par);
235   return 1. / TMath::Abs(par[4]);
236 }
237 //_______________________________________________________________________
238 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPt() const
239 {
240 // return error of transverse component of track momentum
241
242   Double_t par[5];
243   Double_t cov[15];
244   Double_t localX = GetX();
245   GetExternalParameters(localX, par);
246   GetExternalCovariance(cov);
247   return TMath::Sqrt(cov[14]) / TMath::Abs(par[4]);
248 }
249 //_______________________________________________________________________
250 Double_t AliKalmanTrack::P() const
251 {
252 // return total track momentum
253
254   Double_t par[5];
255   Double_t localX = GetX();
256   GetExternalParameters(localX, par);
257   return 1. / TMath::Abs(par[4] * TMath::Cos(TMath::ATan(par[3])));
258 }
259 //_______________________________________________________________________
260 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral() 
261 {
262   // Sylwester Radomski, GSI
263   // S.Radomski@gsi.de
264   //
265   // Start time integration
266   // To be called at Vertex by ITS tracker
267   //
268   
269   //if (fStartTimeIntegral) 
270   //  Warning("StartTimeIntegral", "Reseting Recorded Time.");
271
272   fStartTimeIntegral = kTRUE;
273   for(Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i] = 0;  
274   fIntegratedLength = 0;
275 }
276 //_______________________________________________________________________
277 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length) 
278 {
279   // 
280   // Add step to integrated time
281   // this method should be called by a sublasses at the end
282   // of the PropagateTo function or by a tracker
283   // each time step is made.
284   //
285   // If integration not started function does nothing
286   //
287   // Formula
288   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
289   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
290   //
291   // pt = 1/external parameter [4]
292   // tg lambda = external parameter [3]
293   //
294   //
295   // Sylwester Radomski, GSI
296   // S.Radomski@gsi.de
297   // 
298   
299   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
300
301   if (!fStartTimeIntegral) return;
302   
303   fIntegratedLength += length;
304
305   static Int_t pdgCode[fgkTypes]  = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
306   TDatabasePDG *db = TDatabasePDG::Instance();
307
308   Double_t xr, param[5];
309   Double_t pt, tgl;
310   
311   GetExternalParameters(xr, param);
312   pt =  1/param[4] ;
313   tgl = param[3];
314
315   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
316
317   if (length > 100) return;
318
319   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) {
320     
321     Double_t mass = db->GetParticle(pdgCode[i])->Mass();
322     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
323     Double_t time = length * correction / kcc;
324
325     fIntegratedTime[i] += time;
326   }
327 }
328
329 //_______________________________________________________________________
330
331 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const 
332 {
333   // Sylwester Radomski, GSI
334   // S.Radomski@gsi.de
335   //
336   // Return integrated time hypothesis for a given particle
337   // type assumption.
338   //
339   // Input parameter:
340   // pdg - Pdg code of a particle type
341   //
342
343
344   if (!fStartTimeIntegral) {
345     Warning("GetIntegratedTime","Time integration not started");
346     return 0.;
347   }
348
349   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
350
351   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
352     if (pdgCode[i] == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
353
354   Warning(":GetIntegratedTime","Particle type [%d] not found", pdg);
355   return 0;
356 }
357
358 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
359   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
360 }
361
362 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
363   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
364 }
365
366 //_______________________________________________________________________
367
368 void AliKalmanTrack::PrintTime() const
369 {
370   // Sylwester Radomski, GSI
371   // S.Radomski@gsi.de
372   //
373   // For testing
374   // Prints time for all hypothesis
375   //
376
377   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
378
379   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
380     printf("%d: %.2f  ", pdgCode[i], fIntegratedTime[i]);
381   printf("\n");  
382 }
383
384 static void External2Helix(const AliKalmanTrack *t, Double_t helix[6]) { 
385   //--------------------------------------------------------------------
386   // External track parameters -> helix parameters 
387   //--------------------------------------------------------------------
388   Double_t alpha,x,cs,sn;
389   t->GetExternalParameters(x,helix); alpha=t->GetAlpha();
390
391   cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
392   helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
393   helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
394 //helix[1]=                               // z0
395   helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
396 //helix[3]=                               // tgl
397   helix[4]=helix[4]/t->GetConvConst();    // C
398 }
399
400 static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
401                      Double_t r[3],  //radius vector
402                      Double_t g[3],  //first defivatives
403                      Double_t gg[3]) //second derivatives
404 {
405   //--------------------------------------------------------------------
406   // Calculate position of a point on a track and some derivatives
407   //--------------------------------------------------------------------
408   Double_t phase=h[4]*t+h[2];
409   Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
410
411   r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
412   r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];  
413   r[2] = h[1] + h[3]*t;
414
415   g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
416   
417   gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
418 }
419
420 Double_t AliKalmanTrack::
421 GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
422   //------------------------------------------------------------
423   // Returns the (weighed !) distance of closest approach between 
424   // this track and the track passed as the argument.
425   // Other returned values:
426   //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA 
427   //-----------------------------------------------------------
428   Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
429   Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
430   Double_t dx2=dy2; 
431
432   //dx2=dy2=dz2=1.;
433
434   Double_t p1[8]; External2Helix(this,p1);
435   p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
436   Double_t p2[8]; External2Helix(p,p2);
437   p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
438
439
440   Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
441   Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
442   Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
443   Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
444
445   Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
446   Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
447
448   Int_t max=27;
449   while (max--) {
450      Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
451      Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
452      Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 + 
453                   (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
454                   (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
455      Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 + 
456                   (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
457                   (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
458      Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
459
460      Double_t det=h11*h22-h12*h12;
461
462      Double_t dt1,dt2;
463      if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
464         //(quasi)singular Hessian
465         dt1=-gt1; dt2=-gt2;
466      } else {
467         dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det; 
468         dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
469      }
470
471      if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
472
473      //check delta(phase1) ?
474      //check delta(phase2) ?
475
476      if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
477      if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
478         if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2) 
479           Warning("GetDCA"," stopped at not a stationary point !\n");
480         Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
481         if (lmb < 0.) 
482           Warning("GetDCA"," stopped at not a minimum !\n");
483         break;
484      }
485
486      Double_t dd=dm;
487      for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
488         Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
489         Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
490         dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
491         dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
492         if (dd<dm) break;
493         dt1*=0.5; dt2*=0.5;
494         if (div>512) {
495            Warning("GetDCA"," overshoot !\n"); break;
496         }   
497      }
498      dm=dd;
499
500      t1+=dt1;
501      t2+=dt2;
502
503   }
504
505   if (max<=0) Warning("GetDCA"," too many iterations !\n");  
506
507   Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
508   Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
509   xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
510
511   cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
512   sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
513   xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
514
515   return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
516 }
517
518 Double_t AliKalmanTrack::
519 PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
520   //--------------------------------------------------------------
521   // Propagates this track and the argument track to the position of the
522   // distance of closest approach. 
523   // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
524   //--------------------------------------------------------------
525   Double_t xthis,xp;
526   Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
527
528   if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
529     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n");
530     return 1e+33;
531   }  
532
533   if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
534     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n";
535     return 1e+33;
536   }  
537
538   return dca;
539 }