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 #include "AliRunLoader.h"
  29 #include "AliRun.h"
  30 #include "AliMagF.h"
  31
  32 ClassImp(AliKalmanTrack)
  33
  34 Double_t AliKalmanTrack::fgConvConst;
  35
  36 //_______________________________________________________________________
  37 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():
  38   fLab(-3141593),
  39   fChi2(0),
  40   fMass(0.13957),
  41   fN(0)
  42 {
  43   //
  44   // Default constructor
  45   //
  46     if (fgConvConst==0) {
  47       Warning("AliKalmanTrack()", "The magnetic field has not been set!");
  48       SetConvConst();
  49     }
  50
  51     fStartTimeIntegral = kFALSE;
  52     fIntegratedLength = 0;
  53     for(Int_t i=0; i<5; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
  54 }
  55
  56 //_______________________________________________________________________
  57 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
  58   TObject(t),
  59   fLab(t.fLab),
  60   fChi2(t.fChi2),
  61   fMass(t.fMass),
  62   fN(t.fN)
  63 {
  64   //
  65   // Copy constructor
  66   //
  67   if (fgConvConst==0) {
  68     Warning("AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack&)",
  69             "The magnetic field has not been set!");
  70     SetConvConst();
  71   }
  72
  73   fStartTimeIntegral = t.fStartTimeIntegral;
  74   fIntegratedLength = t.fIntegratedLength;
  75
  76   for (Int_t i=0; i<5; i++)
  77     fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
  78 }
  79
  80
  81 //_______________________________________________________________________
  82 void AliKalmanTrack::SetConvConst()
  83 {
  84   // Sets the conversion constants for the magnetic field
  85   // (Momentum in GeV/c -> curvature in mm)
  86   ::Info("SetConvConst()", "tryinig to get the magnetic field from the AliRun object...");
  87   AliRunLoader* loader = AliRunLoader::GetRunLoader();
  88   if (!loader) ::Fatal("SetConvConst()", "No run loader found");
  89   if (!loader->GetAliRun()) loader->LoadgAlice();
  90   AliRun* alirun = loader->GetAliRun();
  91   if (!alirun) ::Fatal("SetConvConst()", "No AliRun object found");
  92
  93   Double_t field = alirun->Field()->SolenoidField();
  94   SetConvConst(1000/0.299792458/field);
  95   ::Info("SetConvConst()", "Magnetic field set to %f kGauss\n", field);
  96 }
  97
  98 //_______________________________________________________________________
  99 Double_t AliKalmanTrack::GetX() const
 100 {
 101   // Returns the X coordinate of the current track position
 102   Warning("GetX()","Method must be overloaded !\n");
 103   return 0.;
 104 }
 105 //_______________________________________________________________________
 106 Double_t AliKalmanTrack::GetdEdx() const
 107 {
 108   // Returns the dE/dx of the track
 109   Warning("GetdEdx()","Method must be overloaded !\n");
 110   return 0.;
 111 }
 112
 113 //_______________________________________________________________________
 114 Double_t AliKalmanTrack::GetY() const
 115 {
 116   // Returns the Y coordinate of the current track position
 117   Double_t par[5];
 118   Double_t localX = GetX();
 119   GetExternalParameters(localX, par);
 120   return par[0];
 121 }
 122 //_______________________________________________________________________
 123 Double_t AliKalmanTrack::GetZ() const
 124 {
 125   // Returns the Z coordinate of the current track position
 126   Double_t par[5];
 127   Double_t localX = GetX();
 128   GetExternalParameters(localX, par);
 129   return par[1];
 130 }
 131 //_______________________________________________________________________
 132 Double_t AliKalmanTrack::GetSnp() const
 133 {
 134   // Returns the Sin(phi), where phi is the angle between the transverse
 135   // momentum (in xOy plane) and the X axis
 136   Double_t par[5];
 137   Double_t localX = GetX();
 138   GetExternalParameters(localX, par);
 139   return par[2];
 140 }
 141 //_______________________________________________________________________
 142 Double_t AliKalmanTrack::GetTgl() const
 143 {
 144   // Returns the Tan(lambda), where lambda is the dip angle (between
 145   // the bending plane (xOy) and the momentum of the track
 146   Double_t par[5];
 147   Double_t localX = GetX();
 148   GetExternalParameters(localX, par);
 149   return par[3];
 150 }
 151 //_______________________________________________________________________
 152 Double_t AliKalmanTrack::Get1Pt() const
 153 {
 154   // Returns 1/pT
 155   Double_t par[5];
 156   Double_t localX = GetX();
 157   GetExternalParameters(localX, par);
 158   return par[4];
 159 }
 160
 161 //_______________________________________________________________________
 162 Double_t AliKalmanTrack::Phi() const
 163 {
 164 // return global phi of track
 165
 166   Double_t par[5];
 167   Double_t localX = GetX();
 168   GetExternalParameters(localX, par);
 169   if (par[2] >  1.) par[2] =  1.;
 170   if (par[2] < -1.) par[2] = -1.;
 171   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
 172   while (phi < 0) phi += TMath::TwoPi();
 173   while (phi > TMath::TwoPi()) phi -= TMath::TwoPi();
 174   return phi;
 175 }
 176 //_______________________________________________________________________
 177 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPhi() const
 178 {
 179 // return error of global phi 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[2]*par[2])));
 187 }
 188 //_______________________________________________________________________
 189 Double_t AliKalmanTrack::Theta() const
 190 {
 191 // return global theta of track
 192
 193   Double_t par[5];
 194   Double_t localX = GetX();
 195   GetExternalParameters(localX, par);
 196   return TMath::Pi()/2. - TMath::ATan(par[3]);
 197 }
 198 //_______________________________________________________________________
 199 Double_t AliKalmanTrack::SigmaTheta() const
 200 {
 201 // return error of global theta of track
 202
 203   Double_t par[5];
 204   Double_t cov[15];
 205   Double_t localX = GetX();
 206   GetExternalParameters(localX, par);
 207   GetExternalCovariance(cov);
 208   return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5])) / (1. + par[3]*par[3]);
 209 }
 210 //_______________________________________________________________________
 211 Double_t AliKalmanTrack::Eta() const
 212 {
 213 // return global eta of track
 214
 215   return -TMath::Log(TMath::Tan(Theta()/2.));
 216 }
 217 //_______________________________________________________________________
 218 Double_t AliKalmanTrack::Px() const
 219 {
 220 // return x component of track momentum
 221
 222   Double_t par[5];
 223   Double_t localX = GetX();
 224   GetExternalParameters(localX, par);
 225   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
 226   return TMath::Cos(phi) / TMath::Abs(par[4]);
 227 }
 228 //_______________________________________________________________________
 229 Double_t AliKalmanTrack::Py() const
 230 {
 231 // return y component of track momentum
 232
 233   Double_t par[5];
 234   Double_t localX = GetX();
 235   GetExternalParameters(localX, par);
 236   Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
 237   return TMath::Sin(phi) / TMath::Abs(par[4]);
 238 }
 239 //_______________________________________________________________________
 240 Double_t AliKalmanTrack::Pz() const
 241 {
 242 // return z component of track momentum
 243
 244   Double_t par[5];
 245   Double_t localX = GetX();
 246   GetExternalParameters(localX, par);
 247   return par[3] / TMath::Abs(par[4]);
 248 }
 249 //_______________________________________________________________________
 250 Double_t AliKalmanTrack::Pt() const
 251 {
 252 // return transverse component of track momentum
 253
 254   Double_t par[5];
 255   Double_t localX = GetX();
 256   GetExternalParameters(localX, par);
 257   return 1. / TMath::Abs(par[4]);
 258 }
 259 //_______________________________________________________________________
 260 Double_t AliKalmanTrack::SigmaPt() const
 261 {
 262 // return error of transverse component of track momentum
 263
 264   Double_t par[5];
 265   Double_t cov[15];
 266   Double_t localX = GetX();
 267   GetExternalParameters(localX, par);
 268   GetExternalCovariance(cov);
 269   return TMath::Sqrt(cov[14]) / TMath::Abs(par[4]);
 270 }
 271 //_______________________________________________________________________
 272 Double_t AliKalmanTrack::P() const
 273 {
 274 // return total track momentum
 275
 276   Double_t par[5];
 277   Double_t localX = GetX();
 278   GetExternalParameters(localX, par);
 279   return 1. / TMath::Abs(par[4] * TMath::Cos(TMath::ATan(par[3])));
 280 }
 281 //_______________________________________________________________________
 282 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral()
 283 {
 284   // Sylwester Radomski, GSI
 285   // S.Radomski@gsi.de
 286   //
 287   // Start time integration
 288   // To be called at Vertex by ITS tracker
 289   //
 290
 291   //if (fStartTimeIntegral)
 292   //  Warning("StartTimeIntegral", "Reseting Recorded Time.");
 293
 294   fStartTimeIntegral = kTRUE;
 295   for(Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
 296   fIntegratedLength = 0;
 297 }
 298 //_______________________________________________________________________
 299 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length)
 300 {
 301   //
 302   // Add step to integrated time
 303   // this method should be called by a sublasses at the end
 304   // of the PropagateTo function or by a tracker
 305   // each time step is made.
 306   //
 307   // If integration not started function does nothing
 308   //
 309   // Formula
 310   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
 311   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
 312   //
 313   // pt = 1/external parameter [4]
 314   // tg lambda = external parameter [3]
 315   //
 316   //
 317   // Sylwester Radomski, GSI
 318   // S.Radomski@gsi.de
 319   //
 320
 321   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
 322
 323   if (!fStartTimeIntegral) return;
 324
 325   fIntegratedLength += length;
 326
 327   static Int_t pdgCode[fgkTypes]  = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 328   TDatabasePDG *db = TDatabasePDG::Instance();
 329
 330   Double_t xr, param[5];
 331   Double_t pt, tgl;
 332
 333   GetExternalParameters(xr, param);
 334   pt =  1/param[4] ;
 335   tgl = param[3];
 336
 337   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
 338
 339   if (length > 100) return;
 340
 341   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) {
 342
 343     Double_t mass = db->GetParticle(pdgCode[i])->Mass();
 344     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
 345     Double_t time = length * correction / kcc;
 346
 347     //cout << mass << "\t" << pt << "\t" << p << "\t"
 348     //     << correction << endl;
 349
 350     fIntegratedTime[i] += time;
 351   }
 352 }
 353
 354 //_______________________________________________________________________
 355
 356 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const
 357 {
 358   // Sylwester Radomski, GSI
 359   // S.Radomski@gsi.de
 360   //
 361   // Return integrated time hypothesis for a given particle
 362   // type assumption.
 363   //
 364   // Input parameter:
 365   // pdg - Pdg code of a particle type
 366   //
 367
 368
 369   if (!fStartTimeIntegral) {
 370     Warning("GetIntegratedTime","Time integration not started");
 371     return 0.;
 372   }
 373
 374   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 375
 376   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
 377     if (pdgCode[i] == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
 378
 379   Warning(":GetIntegratedTime","Particle type [%d] not found", pdg);
 380   return 0;
 381 }
 382
 383 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
 384   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
 385 }
 386
 387 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
 388   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
 389 }
 390
 391 //_______________________________________________________________________
 392
 393 void AliKalmanTrack::PrintTime() const
 394 {
 395   // Sylwester Radomski, GSI
 396   // S.Radomski@gsi.de
 397   //
 398   // For testing
 399   // Prints time for all hypothesis
 400   //
 401
 402   static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
 403
 404   for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
 405     printf("%d: %.2f  ", pdgCode[i], fIntegratedTime[i]);
 406   printf("\n");
 407 }
 408
 409 static void External2Helix(const AliKalmanTrack *t, Double_t helix[6]) {
 410   //--------------------------------------------------------------------
 411   // External track parameters -> helix parameters
 412   //--------------------------------------------------------------------
 413   Double_t alpha,x,cs,sn;
 414   t->GetExternalParameters(x,helix); alpha=t->GetAlpha();
 415
 416   cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
 417   helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
 418   helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
 419 //helix[1]=                               // z0
 420   helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
 421 //helix[3]=                               // tgl
 422   helix[4]=helix[4]/t->GetConvConst();    // C
 423 }
 424
 425 static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
 426                      Double_t r[3],  //radius vector
 427                      Double_t g[3],  //first defivatives
 428                      Double_t gg[3]) //second derivatives
 429 {
 430   //--------------------------------------------------------------------
 431   // Calculate position of a point on a track and some derivatives
 432   //--------------------------------------------------------------------
 433   Double_t phase=h[4]*t+h[2];
 434   Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
 435
 436   r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
 437   r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];
 438   r[2] = h[1] + h[3]*t;
 439
 440   g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
 441
 442   gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
 443 }
 444
 445 Double_t AliKalmanTrack::
 446 GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
 447   //------------------------------------------------------------
 448   // Returns the (weighed !) distance of closest approach between
 449   // this track and the track passed as the argument.
 450   // Other returned values:
 451   //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA
 452   //-----------------------------------------------------------
 453   Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
 454   Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
 455   Double_t dx2=dy2;
 456
 457   //dx2=dy2=dz2=1.;
 458
 459   Double_t p1[8]; External2Helix(this,p1);
 460   p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
 461   Double_t p2[8]; External2Helix(p,p2);
 462   p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
 463
 464
 465   Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
 466   Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
 467   Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
 468   Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
 469
 470   Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
 471   Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 472
 473   Int_t max=27;
 474   while (max--) {
 475      Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
 476      Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
 477      Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 +
 478                   (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
 479                   (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
 480      Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 +
 481                   (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
 482                   (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
 483      Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
 484
 485      Double_t det=h11*h22-h12*h12;
 486
 487      Double_t dt1,dt2;
 488      if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
 489         //(quasi)singular Hessian
 490         dt1=-gt1; dt2=-gt2;
 491      } else {
 492         dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det;
 493         dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
 494      }
 495
 496      if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
 497
 498      //check delta(phase1) ?
 499      //check delta(phase2) ?
 500
 501      if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
 502      if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
 503         if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2)
 504           Warning("GetDCA"," stopped at not a stationary point !\n");
 505         Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
 506         if (lmb < 0.)
 507           Warning("GetDCA"," stopped at not a minimum !\n");
 508         break;
 509      }
 510
 511      Double_t dd=dm;
 512      for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
 513         Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
 514         Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
 515         dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
 516         dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
 517         if (dd<dm) break;
 518         dt1*=0.5; dt2*=0.5;
 519         if (div>512) {
 520            Warning("GetDCA"," overshoot !\n"); break;
 521         }
 522      }
 523      dm=dd;
 524
 525      t1+=dt1;
 526      t2+=dt2;
 527
 528   }
 529
 530   if (max<=0) Warning("GetDCA"," too many iterations !\n");
 531
 532   Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
 533   Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
 534   xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
 535
 536   cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
 537   sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
 538   xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
 539
 540   return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
 541 }
 542
 543 Double_t AliKalmanTrack::
 544 PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
 545   //--------------------------------------------------------------
 546   // Propagates this track and the argument track to the position of the
 547   // distance of closest approach.
 548   // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
 549   //--------------------------------------------------------------
 550   Double_t xthis,xp;
 551   Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
 552
 553   if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
 554     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n");
 555     return 1e+33;
 556   }
 557
 558   if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
 559     //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n";
 560     return 1e+33;
 561   }
 562
 563   return dca;
 564 }