A piece of new code to handle clusters constrained to planes arbitrarily oriented...
[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 #include <TGeoManager.h>
24 #include <TMatrixDSym.h>
25
26 #include "AliKalmanTrack.h"
27 #include "AliCluster3D.h"
28
29 ClassImp(AliKalmanTrack)
30
31 //_______________________________________________________________________
32   AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():AliExternalTrackParam(),
33   fLab(-3141593),
34   fFakeRatio(0),
35   fChi2(0),
36   fMass(AliPID::ParticleMass(AliPID::kPion)),
37   fN(0),
38   fStartTimeIntegral(kFALSE),
39   fIntegratedLength(0)
40 {
41   //
42   // Default constructor
43   //
44
45   for(Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
46 }
47
48 //_______________________________________________________________________
49 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
50   AliExternalTrackParam(t),
51   fLab(t.fLab),
52   fFakeRatio(t.fFakeRatio),
53   fChi2(t.fChi2),
54   fMass(t.fMass),
55   fN(t.fN),
56   fStartTimeIntegral(t.fStartTimeIntegral),
57   fIntegratedLength(t.fIntegratedLength)
58 {
59   //
60   // Copy constructor
61   //
62   
63   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
64       fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
65 }
66
67 //_______________________________________________________________________
68 Double_t AliKalmanTrack::GetPredictedChi2(const AliCluster3D *c) const {
69   //
70   //  Calculate the predicted Chi2 for a 3D cluster "c" 
71   //
72   Double_t res[3] = {
73     GetX() - c->GetX(),
74     GetY() - c->GetY(),
75     GetZ() - c->GetZ()
76   };
77
78   Double_t f=GetSnp();
79   if (TMath::Abs(f) >= kAlmost1) return kVeryBig;
80   Double_t r=TMath::Sqrt(1.- f*f);
81   Double_t a=f/r, b=GetTgl()/r;
82
83   Double_t s2=333.*333.;  //something reasonably big (cm^2)
84  
85   TMatrixDSym v(3);
86   v(0,0)=  s2;  v(0,1)=  a*s2;                 v(0,2)=  b*s2;;
87   v(1,0)=a*s2;  v(1,1)=a*a*s2 + GetSigmaY2();  v(1,2)=a*b*s2 + GetSigmaZY();
88   v(2,0)=b*s2;  v(2,1)=a*b*s2 + GetSigmaZY();  v(2,2)=b*b*s2 + GetSigmaZ2();
89
90   v(0,0)+=c->GetSigmaX2(); v(0,1)+=c->GetSigmaXY(); v(0,2)+=c->GetSigmaXZ();
91   v(1,0)+=c->GetSigmaXY(); v(1,1)+=c->GetSigmaY2(); v(1,2)+=c->GetSigmaYZ();
92   v(2,0)+=c->GetSigmaXZ(); v(2,1)+=c->GetSigmaYZ(); v(2,2)+=c->GetSigmaZ2();
93
94   v.Invert();
95   if (!v.IsValid()) return kVeryBig;
96
97   Double_t chi2=0.;
98   for (Int_t i = 0; i < 3; i++)
99     for (Int_t j = 0; j < 3; j++) chi2 += res[i]*res[j]*v(i,j);
100
101   return chi2;  
102 }
103
104 //_______________________________________________________________________
105 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral() 
106 {
107   // Sylwester Radomski, GSI
108   // S.Radomski@gsi.de
109   //
110   // Start time integration
111   // To be called at Vertex by ITS tracker
112   //
113   
114   //if (fStartTimeIntegral) 
115   //  AliWarning("Reseting Recorded Time.");
116
117   fStartTimeIntegral = kTRUE;
118   for(Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i] = 0;  
119   fIntegratedLength = 0;
120 }
121
122 //_______________________________________________________________________
123 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length) 
124 {
125   // 
126   // Add step to integrated time
127   // this method should be called by a sublasses at the end
128   // of the PropagateTo function or by a tracker
129   // each time step is made.
130   //
131   // If integration not started function does nothing
132   //
133   // Formula
134   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
135   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
136   //
137   // pt = 1/external parameter [4]
138   // tg lambda = external parameter [3]
139   //
140   //
141   // Sylwester Radomski, GSI
142   // S.Radomski@gsi.de
143   // 
144   
145   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
146
147   if (!fStartTimeIntegral) return;
148   
149   fIntegratedLength += length;
150
151   Double_t xr, param[5];
152   Double_t pt, tgl;
153   
154   GetExternalParameters(xr, param);
155   pt =  1/param[4] ;
156   tgl = param[3];
157
158   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
159
160   if (length > 100) return;
161
162   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) {
163     
164     Double_t mass = AliPID::ParticleMass(i);
165     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
166     Double_t time = length * correction / kcc;
167
168     fIntegratedTime[i] += time;
169   }
170 }
171
172 //_______________________________________________________________________
173 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const 
174 {
175   // Sylwester Radomski, GSI
176   // S.Radomski@gsi.de
177   //
178   // Return integrated time hypothesis for a given particle
179   // type assumption.
180   //
181   // Input parameter:
182   // pdg - Pdg code of a particle type
183   //
184
185
186   if (!fStartTimeIntegral) {
187     AliWarning("Time integration not started");
188     return 0.;
189   }
190
191   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
192     if (AliPID::ParticleCode(i) == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
193
194   AliWarning(Form("Particle type [%d] not found", pdg));
195   return 0;
196 }
197
198 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
199   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
200 }
201
202 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
203   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
204 }
205
206 Double_t AliKalmanTrack::MeanMaterialBudget(Double_t *start, Double_t *end, Double_t *mparam)
207 {
208   // 
209   // calculate mean material budget and material properties beween point start and end
210   // mparam - returns parameters used for dEdx and multiple scatering
211   //
212   // mparam[0] - density mean
213   // mparam[1] - rad length
214   // mparam[2] - A mean
215   // mparam[3] - Z mean
216   // mparam[4] - length
217   // mparam[5] - Z/A mean
218   // mparam[6] - number of boundary crosses
219   //
220     mparam[0]=0; mparam[1]=1; mparam[2] =0; mparam[3] =0, mparam[4]=0, mparam[5]=0; mparam[6]=0;
221   //
222   Double_t bparam[6], lparam[6];          // bparam - total param - lparam - local parameters
223   for (Int_t i=0;i<6;i++) bparam[i]=0;    //
224
225   if (!gGeoManager) {
226     printf("ERROR: no TGeo\n");
227     return 0.;
228   }
229   //
230   Double_t length;
231   Double_t dir[3];
232   length = TMath::Sqrt((end[0]-start[0])*(end[0]-start[0])+
233                        (end[1]-start[1])*(end[1]-start[1])+
234                        (end[2]-start[2])*(end[2]-start[2]));
235   mparam[4]=length;
236   if (length<TGeoShape::Tolerance()) return 0.0;
237   Double_t invlen = 1./length;
238   dir[0] = (end[0]-start[0])*invlen;
239   dir[1] = (end[1]-start[1])*invlen;
240   dir[2] = (end[2]-start[2])*invlen;
241   // Initialize start point and direction
242   TGeoNode *currentnode = 0;
243   TGeoNode *startnode = gGeoManager->InitTrack(start, dir);
244   //  printf("%s length=%f\n",gGeoManager->GetPath(),length);
245   if (!startnode) {
246     printf("ERROR: start point out of geometry\n");
247     return 0.0;
248   }
249   TGeoMaterial *material = startnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
250   lparam[0] = material->GetDensity();
251   lparam[1]   = material->GetRadLen();
252   lparam[2]   = material->GetA();
253   lparam[3]   = material->GetZ();
254   lparam[4]   = length;
255   lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
256   if (material->IsMixture()) {
257     lparam[1]*=lparam[0];  // different normalization in the modeler for mixture
258     TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
259     lparam[5] =0;
260     Double_t sum =0;
261     for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
262       sum  += mixture->GetWmixt()[iel];
263       lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
264     }
265     lparam[5]/=sum;
266   }
267   gGeoManager->FindNextBoundary(length);
268   Double_t snext = gGeoManager->GetStep();
269   Double_t step = 0.0;
270   // If no boundary within proposed length, return current density
271   if (snext>=length) {
272     for (Int_t ip=0;ip<5;ip++) mparam[ip] = lparam[ip];
273     return lparam[0];
274   }
275   // Try to cross the boundary and see what is next
276   while (length>TGeoShape::Tolerance()) {
277     mparam[6]+=1.;
278     currentnode = gGeoManager->Step();
279     step += snext+1.E-6;
280     bparam[1]    += snext*lparam[1];
281     bparam[2]    += snext*lparam[2];
282     bparam[3]    += snext*lparam[3];
283     bparam[5]    += snext*lparam[5];
284     bparam[0]    += snext*lparam[0];
285
286     if (snext>=length) break;
287     if (!currentnode) break;
288     //    printf("%s snext=%f  density=%f bparam[0]=%f\n", gGeoManager->GetPath(),snext,density,bparam[0]);
289     if (!gGeoManager->IsEntering()) {
290       gGeoManager->SetStep(1.E-3);
291       currentnode = gGeoManager->Step();
292       if (!gGeoManager->IsEntering() || !currentnode) {
293         //      printf("ERROR: cannot cross boundary\n");
294         mparam[0] = bparam[0]/step;
295         mparam[1] = bparam[1]/step;
296         mparam[2] = bparam[2]/step;
297         mparam[3] = bparam[3]/step;
298         mparam[5] = bparam[5]/step;
299         mparam[4] = step;
300         mparam[0] = 0.;             // if crash of navigation take mean density 0
301         mparam[1] = 1000000;        // and infinite rad length
302         return bparam[0]/step;
303       }
304       step += 1.E-3;
305       snext += 1.E-3;
306       bparam[0] += lparam[0]*1.E-3;
307       bparam[1]    += lparam[1]*1.E-3;
308       bparam[2]    += lparam[2]*1.E-3;
309       bparam[3]    += lparam[3]*1.E-3;
310       bparam[5]    += lparam[5]*1.E-3;
311     }
312     length -= snext;
313     material = currentnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
314     lparam[0] = material->GetDensity();
315     lparam[1]  = material->GetRadLen();
316     lparam[2]  = material->GetA();
317     lparam[3]  = material->GetZ();
318     lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
319     if (material->IsMixture()) {
320       lparam[1]*=lparam[0];
321       TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
322       lparam[5]=0;
323       Double_t sum =0;
324       for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
325         sum+= mixture->GetWmixt()[iel];
326         lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
327       }
328       lparam[5]/=sum;
329     }
330     gGeoManager->FindNextBoundary(length);
331     snext = gGeoManager->GetStep();
332   }
333   mparam[0] = bparam[0]/step;
334   mparam[1] = bparam[1]/step;
335   mparam[2] = bparam[2]/step;
336   mparam[3] = bparam[3]/step;
337   mparam[5] = bparam[5]/step;
338   return bparam[0]/step;
339
340 }
341