STEER/AliTracker.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 AliTracker class
  20 //  that is the base for AliTPCtracker, AliITStrackerV2 and AliTRDtracker
  21 //        Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch
  22 //-------------------------------------------------------------------------
  23 #include <TClass.h>
  24 #include <TMath.h>
  25 #include <TH1F.h>
  26 #include <TGeoManager.h>
  27 #include <TGeoMatrix.h>
  28
  29 #include "AliLog.h"
  30 #include "AliMagF.h"
  31 #include "AliTracker.h"
  32 #include "AliGeomManager.h"
  33 #include "AliCluster.h"
  34 #include "AliKalmanTrack.h"
  35 #include "AliGlobalQADataMaker.h"
  36
  37 extern TGeoManager *gGeoManager;
  38
  39 Bool_t AliTracker::fFillResiduals=kFALSE;
  40 TObjArray **AliTracker::fResiduals=NULL;
  41 AliRecoParam::EventSpecie_t AliTracker::fEventSpecie=AliRecoParam::kDefault;
  42
  43 ClassImp(AliTracker)
  44
  45 AliTracker::AliTracker():
  46   TObject(),
  47   fX(0),
  48   fY(0),
  49   fZ(0),
  50   fSigmaX(0.005),
  51   fSigmaY(0.005),
  52   fSigmaZ(0.010),
  53   fEventInfo(NULL)
  54 {
  55   //--------------------------------------------------------------------
  56   // The default constructor.
  57   //--------------------------------------------------------------------
  58   if (!TGeoGlobalMagField::Instance()->GetField())
  59     AliWarning("Field map is not set.");
  60 }
  61
  62 //__________________________________________________________________________
  63 AliTracker::AliTracker(const AliTracker &atr):
  64   TObject(atr),
  65   fX(atr.fX),
  66   fY(atr.fY),
  67   fZ(atr.fZ),
  68   fSigmaX(atr.fSigmaX),
  69   fSigmaY(atr.fSigmaY),
  70   fSigmaZ(atr.fSigmaZ),
  71   fEventInfo(atr.fEventInfo)
  72 {
  73   //--------------------------------------------------------------------
  74   // The default constructor.
  75   //--------------------------------------------------------------------
  76   if (!TGeoGlobalMagField::Instance()->GetField())
  77     AliWarning("Field map is not set.");
  78 }
  79
  80 //__________________________________________________________________________
  81 Double_t AliTracker::GetBz()
  82 {
  83   AliMagF* fld = (AliMagF*)TGeoGlobalMagField::Instance()->GetField();
  84   if (!fld) return 0.5*kAlmost0Field;
  85   Double_t bz = fld->SolenoidField();
  86   return TMath::Sign(0.5*kAlmost0Field,bz) + bz;
  87 }
  88
  89 //__________________________________________________________________________
  90 Double_t AliTracker::GetBz(const Double_t *r) {
  91   //------------------------------------------------------------------
  92   // Returns Bz (kG) at the point "r" .
  93   //------------------------------------------------------------------
  94   AliMagF* fld = (AliMagF*)TGeoGlobalMagField::Instance()->GetField();
  95   if (!fld) return  0.5*kAlmost0Field;
  96   Double_t bz = fld->GetBz(r);
  97   return  TMath::Sign(0.5*kAlmost0Field,bz) + bz;
  98 }
  99
 100 //__________________________________________________________________________
 101 void AliTracker::GetBxByBz(const Double_t r[3], Double_t b[3]) {
 102   //------------------------------------------------------------------
 103   // Returns Bx, By and Bz (kG) at the point "r" .
 104   //------------------------------------------------------------------
 105   AliMagF* fld = (AliMagF*)TGeoGlobalMagField::Instance()->GetField();
 106   if (!fld) {
 107      b[0] = b[1] = 0.;
 108      b[2] = 0.5*kAlmost0Field;
 109      return;
 110   }
 111
 112   if (fld->IsUniform()) {
 113      b[0] = b[1] = 0.;
 114      b[2] = fld->SolenoidField();
 115   }  else {
 116      fld->Field(r,b);
 117   }
 118   b[2] = (TMath::Sign(0.5*kAlmost0Field,b[2]) + b[2]);
 119   return;
 120 }
 121
 122 //__________________________________________________________________________
 123 void AliTracker::FillClusterArray(TObjArray* /*array*/) const
 124 {
 125   // Publishes all pointers to clusters known to the tracker into the
 126   // passed object array.
 127   // The ownership is not transfered - the caller is not expected to delete
 128   // the clusters.
 129
 130   AliWarning("should be overriden by a sub-class.");
 131 }
 132
 133 //__________________________________________________________________________
 134 void AliTracker::CookLabel(AliKalmanTrack *t, Float_t wrong) const {
 135   //--------------------------------------------------------------------
 136   //This function "cooks" a track label. If label<0, this track is fake.
 137   //--------------------------------------------------------------------
 138   Int_t noc=t->GetNumberOfClusters();
 139   if (noc<1) return;
 140   Int_t *lb=new Int_t[noc];
 141   Int_t *mx=new Int_t[noc];
 142   AliCluster **clusters=new AliCluster*[noc];
 143
 144   Int_t i;
 145   for (i=0; i<noc; i++) {
 146      lb[i]=mx[i]=0;
 147      Int_t index=t->GetClusterIndex(i);
 148      clusters[i]=GetCluster(index);
 149   }
 150
 151   Int_t lab=123456789;
 152   for (i=0; i<noc; i++) {
 153     AliCluster *c=clusters[i];
 154     lab=TMath::Abs(c->GetLabel(0));
 155     Int_t j;
 156     for (j=0; j<noc; j++) if (lb[j]==lab || mx[j]==0) break;
 157     lb[j]=lab;
 158     (mx[j])++;
 159   }
 160
 161   Int_t max=0;
 162   for (i=0; i<noc; i++) if (mx[i]>max) {max=mx[i]; lab=lb[i];}
 163
 164   for (i=0; i<noc; i++) {
 165     AliCluster *c=clusters[i];
 166     //if (TMath::Abs(c->GetLabel(1)) == lab ||
 167     //    TMath::Abs(c->GetLabel(2)) == lab ) max++;
 168     if (TMath::Abs(c->GetLabel(0)!=lab))
 169         if (TMath::Abs(c->GetLabel(1)) == lab ||
 170             TMath::Abs(c->GetLabel(2)) == lab ) max++;
 171   }
 172
 173   if ((1.- Float_t(max)/noc) > wrong) lab=-lab;
 174   t->SetFakeRatio((1.- Float_t(max)/noc));
 175   t->SetLabel(lab);
 176
 177   delete[] lb;
 178   delete[] mx;
 179   delete[] clusters;
 180 }
 181
 182 //____________________________________________________________________________
 183 void AliTracker::UseClusters(const AliKalmanTrack *t, Int_t from) const {
 184   //------------------------------------------------------------------
 185   //This function marks clusters associated with the track.
 186   //------------------------------------------------------------------
 187   Int_t noc=t->GetNumberOfClusters();
 188   for (Int_t i=from; i<noc; i++) {
 189      Int_t index=t->GetClusterIndex(i);
 190      AliCluster *c=GetCluster(index);
 191      c->Use();
 192   }
 193 }
 194
 195 Double_t AliTracker::MeanMaterialBudget(const Double_t *start, const Double_t *end, Double_t *mparam)
 196 {
 197   //
 198   // Calculate mean material budget and material properties between
 199   //    the points "start" and "end".
 200   //
 201   // "mparam" - parameters used for the energy and multiple scattering
 202   //  corrections:
 203   //
 204   // mparam[0] - mean density: sum(x_i*rho_i)/sum(x_i) [g/cm3]
 205   // mparam[1] - equivalent rad length fraction: sum(x_i/X0_i) [adimensional]
 206   // mparam[2] - mean A: sum(x_i*A_i)/sum(x_i) [adimensional]
 207   // mparam[3] - mean Z: sum(x_i*Z_i)/sum(x_i) [adimensional]
 208   // mparam[4] - length: sum(x_i) [cm]
 209   // mparam[5] - Z/A mean: sum(x_i*Z_i/A_i)/sum(x_i) [adimensional]
 210   // mparam[6] - number of boundary crosses
 211   //
 212   //  Origin:  Marian Ivanov, Marian.Ivanov@cern.ch
 213   //
 214   //  Corrections and improvements by
 215   //        Andrea Dainese, Andrea.Dainese@lnl.infn.it,
 216   //        Andrei Gheata,  Andrei.Gheata@cern.ch
 217   //
 218
 219   mparam[0]=0; mparam[1]=1; mparam[2] =0; mparam[3] =0;
 220   mparam[4]=0; mparam[5]=0; mparam[6]=0;
 221   //
 222   Double_t bparam[6]; // total parameters
 223   Double_t lparam[6]; // local parameters
 224
 225   for (Int_t i=0;i<6;i++) bparam[i]=0;
 226
 227   if (!gGeoManager) {
 228     AliErrorClass("No TGeo\n");
 229     return 0.;
 230   }
 231   //
 232   Double_t length;
 233   Double_t dir[3];
 234   length = TMath::Sqrt((end[0]-start[0])*(end[0]-start[0])+
 235                        (end[1]-start[1])*(end[1]-start[1])+
 236                        (end[2]-start[2])*(end[2]-start[2]));
 237   mparam[4]=length;
 238   if (length<TGeoShape::Tolerance()) return 0.0;
 239   Double_t invlen = 1./length;
 240   dir[0] = (end[0]-start[0])*invlen;
 241   dir[1] = (end[1]-start[1])*invlen;
 242   dir[2] = (end[2]-start[2])*invlen;
 243
 244   // Initialize start point and direction
 245   TGeoNode *currentnode = 0;
 246   TGeoNode *startnode = gGeoManager->InitTrack(start, dir);
 247   if (!startnode) {
 248     AliErrorClass(Form("start point out of geometry: x %f, y %f, z %f",
 249                   start[0],start[1],start[2]));
 250     return 0.0;
 251   }
 252   TGeoMaterial *material = startnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
 253   lparam[0]   = material->GetDensity();
 254   lparam[1]   = material->GetRadLen();
 255   lparam[2]   = material->GetA();
 256   lparam[3]   = material->GetZ();
 257   lparam[4]   = length;
 258   lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
 259   if (material->IsMixture()) {
 260     TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
 261     lparam[5] =0;
 262     Double_t sum =0;
 263     for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
 264       sum  += mixture->GetWmixt()[iel];
 265       lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
 266     }
 267     lparam[5]/=sum;
 268   }
 269
 270   // Locate next boundary within length without computing safety.
 271   // Propagate either with length (if no boundary found) or just cross boundary
 272   gGeoManager->FindNextBoundaryAndStep(length, kFALSE);
 273   Double_t step = 0.0; // Step made
 274   Double_t snext = gGeoManager->GetStep();
 275   // If no boundary within proposed length, return current density
 276   if (!gGeoManager->IsOnBoundary()) {
 277     mparam[0] = lparam[0];
 278     mparam[1] = lparam[4]/lparam[1];
 279     mparam[2] = lparam[2];
 280     mparam[3] = lparam[3];
 281     mparam[4] = lparam[4];
 282     return lparam[0];
 283   }
 284   // Try to cross the boundary and see what is next
 285   Int_t nzero = 0;
 286   while (length>TGeoShape::Tolerance()) {
 287     currentnode = gGeoManager->GetCurrentNode();
 288     if (snext<2.*TGeoShape::Tolerance()) nzero++;
 289     else nzero = 0;
 290     if (nzero>3) {
 291       // This means navigation has problems on one boundary
 292       // Try to cross by making a small step
 293       AliErrorClass("Cannot cross boundary\n");
 294       mparam[0] = bparam[0]/step;
 295       mparam[1] = bparam[1];
 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     mparam[6]+=1.;
 305     step += snext;
 306     bparam[1]    += snext/lparam[1];
 307     bparam[2]    += snext*lparam[2];
 308     bparam[3]    += snext*lparam[3];
 309     bparam[5]    += snext*lparam[5];
 310     bparam[0]    += snext*lparam[0];
 311
 312     if (snext>=length) break;
 313     if (!currentnode) break;
 314     length -= snext;
 315     material = currentnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
 316     lparam[0] = material->GetDensity();
 317     lparam[1]  = material->GetRadLen();
 318     lparam[2]  = material->GetA();
 319     lparam[3]  = material->GetZ();
 320     lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
 321     if (material->IsMixture()) {
 322       TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
 323       lparam[5]=0;
 324       Double_t sum =0;
 325       for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
 326         sum+= mixture->GetWmixt()[iel];
 327         lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
 328       }
 329       lparam[5]/=sum;
 330     }
 331     gGeoManager->FindNextBoundaryAndStep(length, kFALSE);
 332     snext = gGeoManager->GetStep();
 333   }
 334   mparam[0] = bparam[0]/step;
 335   mparam[1] = bparam[1];
 336   mparam[2] = bparam[2]/step;
 337   mparam[3] = bparam[3]/step;
 338   mparam[5] = bparam[5]/step;
 339   return bparam[0]/step;
 340 }
 341
 342
 343 Bool_t
 344 AliTracker::PropagateTrackTo(AliExternalTrackParam *track, Double_t xToGo,
 345                              Double_t mass, Double_t maxStep, Bool_t rotateTo, Double_t maxSnp, Double_t sign){
 346   //----------------------------------------------------------------
 347   //
 348   // Propagates the track to the plane X=xk (cm) using the magnetic field map
 349   // and correcting for the crossed material.
 350   //
 351   // mass     - mass used in propagation - used for energy loss correction
 352   // maxStep  - maximal step for propagation
 353   //
 354   //  Origin: Marian Ivanov,  Marian.Ivanov@cern.ch
 355   //
 356   //----------------------------------------------------------------
 357   const Double_t kEpsilon = 0.00001;
 358   Double_t xpos     = track->GetX();
 359   Double_t dir      = (xpos<xToGo) ? 1.:-1.;
 360   //
 361   while ( (xToGo-xpos)*dir > kEpsilon){
 362     Double_t step = dir*TMath::Min(TMath::Abs(xToGo-xpos), maxStep);
 363     Double_t x    = xpos+step;
 364     Double_t xyz0[3],xyz1[3],param[7];
 365     track->GetXYZ(xyz0);   //starting global position
 366
 367     Double_t bz=GetBz(xyz0); // getting the local Bz
 368
 369     if (!track->GetXYZAt(x,bz,xyz1)) return kFALSE;   // no prolongation
 370     xyz1[2]+=kEpsilon; // waiting for bug correction in geo
 371
 372     if (TMath::Abs(track->GetSnpAt(x,bz)) >= maxSnp) return kFALSE;
 373     if (!track->PropagateTo(x,bz))  return kFALSE;
 374
 375     MeanMaterialBudget(xyz0,xyz1,param);
 376     Double_t xrho=param[0]*param[4]*sign, xx0=param[1];
 377
 378     if (!track->CorrectForMeanMaterial(xx0,xrho,mass)) return kFALSE;
 379     if (rotateTo){
 380       if (TMath::Abs(track->GetSnp()) >= maxSnp) return kFALSE;
 381       track->GetXYZ(xyz0);   // global position
 382       Double_t alphan = TMath::ATan2(xyz0[1], xyz0[0]);
 383       //
 384       Double_t ca=TMath::Cos(alphan-track->GetAlpha()),
 385                sa=TMath::Sin(alphan-track->GetAlpha());
 386       Double_t sf=track->GetSnp(), cf=TMath::Sqrt((1.-sf)*(1.+sf));
 387       Double_t sinNew =  sf*ca - cf*sa;
 388       if (TMath::Abs(sinNew) >= maxSnp) return kFALSE;
 389       if (!track->Rotate(alphan)) return kFALSE;
 390     }
 391     xpos = track->GetX();
 392   }
 393   return kTRUE;
 394 }
 395
 396 Bool_t
 397 AliTracker::PropagateTrackToBxByBz(AliExternalTrackParam *track,
 398 Double_t xToGo,
 399                                    Double_t mass, Double_t maxStep, Bool_t rotateTo, Double_t maxSnp,Double_t sign){
 400   //----------------------------------------------------------------
 401   //
 402   // Propagates the track to the plane X=xk (cm)
 403   // taking into account all the three components of the magnetic field
 404   // and correcting for the crossed material.
 405   //
 406   // mass     - mass used in propagation - used for energy loss correction
 407   // maxStep  - maximal step for propagation
 408   //
 409   //  Origin: Marian Ivanov,  Marian.Ivanov@cern.ch
 410   //
 411   //----------------------------------------------------------------
 412   const Double_t kEpsilon = 0.00001;
 413   Double_t xpos     = track->GetX();
 414   Double_t dir      = (xpos<xToGo) ? 1.:-1.;
 415   //
 416   while ( (xToGo-xpos)*dir > kEpsilon){
 417     Double_t step = dir*TMath::Min(TMath::Abs(xToGo-xpos), maxStep);
 418     Double_t x    = xpos+step;
 419     Double_t xyz0[3],xyz1[3],param[7];
 420     track->GetXYZ(xyz0);   //starting global position
 421
 422     Double_t b[3]; GetBxByBz(xyz0,b); // getting the local Bx, By and Bz
 423
 424     if (!track->GetXYZAt(x,b[2],xyz1)) return kFALSE;   // no prolongation
 425     xyz1[2]+=kEpsilon; // waiting for bug correction in geo
 426
 427     if (TMath::Abs(track->GetSnpAt(x,b[2])) >= maxSnp) return kFALSE;
 428     if (!track->PropagateToBxByBz(x,b))  return kFALSE;
 429
 430     MeanMaterialBudget(xyz0,xyz1,param);
 431     Double_t xrho=param[0]*param[4]*sign, xx0=param[1];
 432
 433     if (!track->CorrectForMeanMaterial(xx0,xrho,mass)) return kFALSE;
 434     if (rotateTo){
 435       if (TMath::Abs(track->GetSnp()) >= maxSnp) return kFALSE;
 436       track->GetXYZ(xyz0);   // global position
 437       Double_t alphan = TMath::ATan2(xyz0[1], xyz0[0]);
 438       //
 439       Double_t ca=TMath::Cos(alphan-track->GetAlpha()),
 440                sa=TMath::Sin(alphan-track->GetAlpha());
 441       Double_t sf=track->GetSnp(), cf=TMath::Sqrt((1.-sf)*(1.+sf));
 442       Double_t sinNew =  sf*ca - cf*sa;
 443       if (TMath::Abs(sinNew) >= maxSnp) return kFALSE;
 444       if (!track->Rotate(alphan)) return kFALSE;
 445     }
 446     xpos = track->GetX();
 447   }
 448   return kTRUE;
 449 }
 450
 451 void AliTracker::FillResiduals(const AliExternalTrackParam *t,
 452                               Double_t *p, Double_t *cov,
 453                               UShort_t id, Bool_t updated) {
 454   //
 455   // This function fills the histograms of residuals
 456   // The array of these histos is external for this AliTracker class.
 457   // Normally, this array belong to AliGlobalQADataMaker class.
 458   //
 459   if (!fFillResiduals) return;
 460   if (!fResiduals) return;
 461
 462   const Double_t *residuals=t->GetResiduals(p,cov,updated);
 463   if (!residuals) return;
 464
 465   TH1F *h=0;
 466   Int_t esIndex = AliRecoParam::AConvert(fEventSpecie) ;
 467   AliGeomManager::ELayerID layer=AliGeomManager::VolUIDToLayer(id);
 468   h=(TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(2*layer-2);
 469   h->Fill(residuals[0]);
 470   h=(TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(2*layer-1);
 471   h->Fill(residuals[1]);
 472
 473   if (layer==5) {
 474     if (p[1]<0) {  // SSD1 absolute residuals
 475        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(40))->Fill(t->GetY()-p[0]); //C side
 476        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(41))->Fill(t->GetZ()-p[1]);
 477     } else {
 478        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(42))->Fill(t->GetY()-p[0]); //A side
 479        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(43))->Fill(t->GetZ()-p[1]);
 480     }
 481   }
 482   if (layer==6) {  // SSD2 absolute residuals
 483     if (p[1]<0) {
 484        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(44))->Fill(t->GetY()-p[0]); //C side
 485        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(45))->Fill(t->GetZ()-p[1]);
 486     } else {
 487        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(46))->Fill(t->GetY()-p[0]); //A side
 488        ((TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(47))->Fill(t->GetZ()-p[1]);
 489     }
 490   }
 491
 492 }
 493
 494 void AliTracker::FillResiduals(const AliExternalTrackParam *t,
 495                                const AliCluster *c, Bool_t /*updated*/) {
 496   //
 497   // This function fills the histograms of residuals
 498   // The array of these histos is external for this AliTracker class.
 499   // Normally, this array belong to AliGlobalQADataMaker class.
 500   //
 501   // For the moment, the residuals are absolute !
 502   //
 503
 504   if (!fFillResiduals) return;
 505   if (!fResiduals) return;
 506
 507   UShort_t id=c->GetVolumeId();
 508   const TGeoHMatrix *matrixT2L=AliGeomManager::GetTracking2LocalMatrix(id);
 509
 510   // Position of the cluster in the tracking c.s.
 511   Double_t clsTrk[3]={c->GetX(), c->GetY(), c->GetZ()};
 512   // Position of the cluster in the local module c.s.
 513   Double_t clsLoc[3]={0.,0.,0.};
 514   matrixT2L->LocalToMaster(clsTrk,clsLoc);
 515
 516
 517   // Position of the intersection point in the tracking c.s.
 518   Double_t trkTrk[3]={t->GetX(),t->GetY(),t->GetZ()};
 519   // Position of the intersection point in the local module c.s.
 520   Double_t trkLoc[3]={0.,0.,0.};
 521   matrixT2L->LocalToMaster(trkTrk,trkLoc);
 522
 523   Double_t residuals[2]={trkLoc[0]-clsLoc[0], trkLoc[2]-clsLoc[2]};
 524
 525   TH1F *h=0;
 526   Int_t esIndex = AliRecoParam::AConvert(fEventSpecie) ;
 527   AliGeomManager::ELayerID layer=AliGeomManager::VolUIDToLayer(id);
 528   h=(TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(2*layer-2);
 529   h->Fill(residuals[0]);
 530   h=(TH1F*)fResiduals[esIndex]->At(2*layer-1);
 531   h->Fill(residuals[1]);
 532
 533 }