Do not use Atan, removed from ROOT too
[u/mrichter/AliRoot.git] / TRD / AliTRDv1.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 /*
17 $Log$
18 Revision 1.15  1999/11/02 17:20:19  fca
19 initialise nbytes before using it
20
21 Revision 1.14  1999/11/02 17:15:54  fca
22 Correct ansi scoping not accepted by HP compilers
23
24 Revision 1.13  1999/11/02 17:14:51  fca
25 Correct ansi scoping not accepted by HP compilers
26
27 Revision 1.12  1999/11/02 16:35:56  fca
28 New version of TRD introduced
29
30 Revision 1.11  1999/11/01 20:41:51  fca
31 Added protections against using the wrong version of FRAME
32
33 Revision 1.10  1999/09/29 09:24:35  fca
34 Introduction of the Copyright and cvs Log
35
36 */
37
38 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
39 //                                                                           //
40 //  Transition Radiation Detector version 2 -- slow simulator                //
41 //                                                                           //
42 //Begin_Html
43 /*
44 <img src="picts/AliTRDfullClass.gif">
45 */
46 //End_Html
47 //                                                                           //
48 //                                                                           //
49 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
50
51 #include <TMath.h>
52 #include <TVector.h>
53 #include <TRandom.h>
54
55 #include "AliTRDv1.h"
56 #include "AliTRDmatrix.h"
57 #include "AliRun.h"
58 #include "AliMC.h"
59 #include "AliConst.h"
60
61 ClassImp(AliTRDv1)
62
63 //_____________________________________________________________________________
64 AliTRDv1::AliTRDv1(const char *name, const char *title) 
65          :AliTRD(name, title) 
66 {
67   //
68   // Standard constructor for Transition Radiation Detector version 2
69   //
70
71   fIdSens        = 0;
72
73   fIdChamber1    = 0;
74   fIdChamber2    = 0;
75   fIdChamber3    = 0;
76
77   fSensSelect    = 0;
78   fSensPlane     = 0;
79   fSensChamber   = 0;
80   fSensSector    = 0;
81
82   fGasGain       = 0;
83   fNoise         = 0;
84   fChipGain      = 0;
85   fADCoutRange   = 0;
86   fADCinRange    = 0;
87   fADCthreshold  = 0;
88
89   fDiffusionT    = 0;
90   fDiffusionL    = 0;
91
92   fClusMaxThresh = 0;
93   fClusSigThresh = 0;
94   fClusMethod    = 0;
95
96   fDeltaE        = NULL;
97
98   SetBufferSize(128000);
99
100 }
101
102 //_____________________________________________________________________________
103 AliTRDv1::~AliTRDv1()
104 {
105
106   if (fDeltaE) delete fDeltaE;
107
108 }
109  
110 //_____________________________________________________________________________
111 void AliTRDv1::CreateGeometry()
112 {
113   //
114   // Create the GEANT geometry for the Transition Radiation Detector - Version 2
115   // This version covers the full azimuth. 
116   //
117
118   // Check that FRAME is there otherwise we have no place where to put the TRD
119   AliModule* FRAME = gAlice->GetModule("FRAME");
120   if (!FRAME) return;
121
122   // Define the chambers
123   AliTRD::CreateGeometry();
124
125 }
126
127 //_____________________________________________________________________________
128 void AliTRDv1::CreateMaterials()
129 {
130   //
131   // Create materials for the Transition Radiation Detector version 2
132   //
133
134   AliTRD::CreateMaterials();
135
136 }
137
138 //_____________________________________________________________________________
139 void AliTRDv1::Diffusion(Float_t driftlength, Float_t *xyz)
140 {
141   //
142   // Applies the diffusion smearing to the position of a single electron
143   //
144
145   if ((driftlength >        0) && 
146       (driftlength < kDrThick)) {
147     Float_t driftSqrt = TMath::Sqrt(driftlength);
148     Float_t sigmaT = driftSqrt * fDiffusionT;
149     Float_t sigmaL = driftSqrt * fDiffusionL;
150     xyz[0] = gRandom->Gaus(xyz[0], sigmaL);
151     xyz[1] = gRandom->Gaus(xyz[1], sigmaT);
152     xyz[2] = gRandom->Gaus(xyz[2], sigmaT);
153   }
154   else {
155     xyz[0] = 0.0;
156     xyz[1] = 0.0;
157     xyz[2] = 0.0;
158   }
159
160 }
161
162 //_____________________________________________________________________________
163 void AliTRDv1::Hits2Digits()
164 {
165   //
166   // Creates TRD digits from hits. This procedure includes the following:
167   //      - Diffusion
168   //      - Gas gain including fluctuations
169   //      - Pad-response (simple Gaussian approximation)
170   //      - Electronics noise
171   //      - Electronics gain
172   //      - Digitization
173   //      - ADC threshold
174   // The corresponding parameter can be adjusted via the various Set-functions.
175   // If these parameters are not explicitly set, default values are used (see
176   // Init-function).
177   // To produce digits from a root-file with TRD-hits use the
178   // slowDigitsCreate.C macro.
179   //
180
181   printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Start creating digits\n");
182
183   ///////////////////////////////////////////////////////////////
184   // Parameter 
185   ///////////////////////////////////////////////////////////////
186
187   // Converts number of electrons to fC
188   const Float_t el2fC = 1.602E-19 * 1.0E15; 
189
190   ///////////////////////////////////////////////////////////////
191
192   Int_t nBytes = 0;
193
194   Int_t iRow;
195
196   AliTRDhit *TRDhit;
197
198   // Get the pointer to the hit tree
199   TTree *HitTree    = gAlice->TreeH();
200   // Get the pointer to the digits tree
201   TTree *DigitsTree = gAlice->TreeD();
202
203   // Get the number of entries in the hit tree
204   // (Number of primary particles creating a hit somewhere)
205   Int_t nTrack = (Int_t) HitTree->GetEntries();
206
207   Int_t chamBeg = 0;
208   Int_t chamEnd = kNcham;
209   if (fSensChamber) chamEnd = chamBeg = fSensChamber;
210   Int_t planBeg = 0;
211   Int_t planEnd = kNplan;
212   if (fSensPlane)   planEnd = planBeg = fSensPlane;
213   Int_t sectBeg = 0;
214   Int_t sectEnd = kNsect;
215   if (fSensSector)  sectEnd = sectBeg = fSensSector;
216
217   // Loop through all the chambers
218   for (Int_t icham = chamBeg; icham < chamEnd; icham++) {
219     for (Int_t iplan = planBeg; iplan < planEnd; iplan++) {
220       for (Int_t isect = sectBeg; isect < sectEnd; isect++) {
221
222         Int_t nDigits = 0;
223
224         printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Digitizing chamber %d, plane %d, sector %d\n"
225               ,icham+1,iplan+1,isect+1);
226
227         // Create a detector matrix to keep the signal and track numbers
228         AliTRDmatrix *matrix = new AliTRDmatrix(fRowMax[iplan][icham][isect]
229                                                ,fColMax[iplan]
230                                                ,fTimeMax
231                                                ,isect+1,icham+1,iplan+1);
232
233         // Loop through all entries in the tree
234         for (Int_t iTrack = 0; iTrack < nTrack; iTrack++) {
235
236           gAlice->ResetHits();
237           nBytes += HitTree->GetEvent(iTrack);
238
239           // Get the number of hits in the TRD created by this particle
240           Int_t nHit = fHits->GetEntriesFast();
241
242           // Loop through the TRD hits  
243           for (Int_t iHit = 0; iHit < nHit; iHit++) {
244
245             if (!(TRDhit = (AliTRDhit *) fHits->UncheckedAt(iHit))) 
246               continue;
247
248             Float_t x       = TRDhit->fX;
249             Float_t y       = TRDhit->fY;
250             Float_t z       = TRDhit->fZ;
251             Float_t q       = TRDhit->fQ;
252             Int_t   track   = TRDhit->fTrack;
253             Int_t   plane   = TRDhit->fPlane;
254             Int_t   sector  = TRDhit->fSector;
255             Int_t   chamber = TRDhit->fChamber;        
256
257             if ((sector  != isect+1) ||
258                 (plane   != iplan+1) ||
259                 (chamber != icham+1)) 
260               continue;
261
262             // Rotate the sectors on top of each other
263             Float_t phi  = 2.0 * kPI /  (Float_t) kNsect 
264                                * ((Float_t) sector - 0.5);
265             Float_t xRot = -x * TMath::Cos(phi) + y * TMath::Sin(phi);
266             Float_t yRot =  x * TMath::Sin(phi) + y * TMath::Cos(phi);
267             Float_t zRot =  z;
268
269             // The hit position in pad coordinates (center pad)
270             // The pad row (z-direction)
271             Int_t rowH  = (Int_t) ((zRot -  fRow0[iplan][icham][isect]) / fRowPadSize);
272             // The pad column (rphi-direction)  
273             Int_t colH  = (Int_t) ((yRot -  fCol0[iplan]              ) / fColPadSize);
274             // The time bucket
275             Int_t timeH = (Int_t) ((xRot - fTime0[iplan]              ) / fTimeBinSize);
276
277             // Array to sum up the signal in a box surrounding the
278             // hit postition
279             const Int_t timeBox = 5;
280             const Int_t  colBox = 7;
281             const Int_t  rowBox = 5;
282             Float_t signalSum[rowBox][colBox][timeBox];
283             for (iRow  = 0;  iRow <  rowBox; iRow++ ) {
284               for (Int_t iCol  = 0;  iCol <  colBox; iCol++ ) {
285                 for (Int_t iTime = 0; iTime < timeBox; iTime++) {
286                   signalSum[iRow][iCol][iTime] = 0;
287                 }
288               }
289             }
290
291             // Loop over all electrons of this hit
292             Int_t nEl = (Int_t) q;
293             for (Int_t iEl = 0; iEl < nEl; iEl++) {
294
295               // Apply the diffusion smearing
296               Float_t driftlength = xRot - fTime0[iplan];
297               Float_t xyz[3];
298               xyz[0] = xRot;
299               xyz[1] = yRot;
300               xyz[2] = zRot;
301               Diffusion(driftlength,xyz);
302
303               // At this point absorption effects that depend on the 
304               // driftlength could be taken into account.              
305
306               // The electron position and the distance to the hit position
307               // in pad units
308               // The pad row (z-direction)
309               Int_t  rowE = (Int_t) ((xyz[2] -  fRow0[iplan][icham][isect]) / fRowPadSize);
310               Int_t  rowD =  rowH -  rowE;
311               // The pad column (rphi-direction)
312               Int_t  colE = (Int_t) ((xyz[1] -  fCol0[iplan]              ) / fColPadSize);
313               Int_t  colD =  colH -  colE;
314               // The time bucket
315               Int_t timeE = (Int_t) ((xyz[0] - fTime0[iplan]              ) / fTimeBinSize);
316               Int_t timeD = timeH - timeE;
317
318               // Apply the gas gain including fluctuations
319               Int_t signal = (Int_t) (-fGasGain * TMath::Log(gRandom->Rndm()));
320
321               // The distance of the electron to the center of the pad 
322               // in units of pad width
323               Float_t dist = (xyz[1] - fCol0[iplan] - (colE + 0.5) * fColPadSize) 
324                            / fColPadSize;
325
326               // Sum up the signal in the different pixels
327               // and apply the pad response
328               Int_t  rowIdx =  rowD + (Int_t) ( rowBox / 2);
329               Int_t  colIdx =  colD + (Int_t) ( colBox / 2);
330               Int_t timeIdx = timeD + (Int_t) (timeBox / 2);
331               signalSum[rowIdx][colIdx-1][timeIdx] += PadResponse(dist-1.) * signal;
332               signalSum[rowIdx][colIdx  ][timeIdx] += PadResponse(dist   ) * signal;
333               signalSum[rowIdx][colIdx+1][timeIdx] += PadResponse(dist+1.) * signal;
334
335             }
336
337             // Add the padcluster to the detector matrix
338             for (iRow  = 0;  iRow <  rowBox; iRow++ ) {
339               for (Int_t iCol  = 0;  iCol <  colBox; iCol++ ) {
340                 for (Int_t iTime = 0; iTime < timeBox; iTime++) {
341
342                   Int_t  rowB =  rowH + iRow  - (Int_t) ( rowBox / 2); 
343                   Int_t  colB =  colH + iCol  - (Int_t) ( colBox / 2);
344                   Int_t timeB = timeH + iTime - (Int_t) (timeBox / 2);
345
346                   Float_t signalB = signalSum[iRow][iCol][iTime];
347                   if (signalB > 0.0) {
348                     matrix->AddSignal(rowB,colB,timeB,signalB);
349                     if (!(matrix->AddTrack(rowB,colB,timeB,track))) 
350                       printf(" More than three tracks in a pixel!\n");
351                   }
352
353                 }
354               }
355             }
356
357           }
358
359         }
360
361         // Create the hits for this chamber
362         for (Int_t iRow  = 0; iRow  <  fRowMax[iplan][icham][isect]; iRow++ ) {
363           for (Int_t iCol  = 0; iCol  <  fColMax[iplan]              ; iCol++ ) {
364             for (Int_t iTime = 0; iTime < fTimeMax                     ; iTime++) {         
365
366               Float_t signalAmp = matrix->GetSignal(iRow,iCol,iTime);
367
368               // Add the noise
369               signalAmp  = TMath::Max(gRandom->Gaus(signalAmp,fNoise),(Float_t) 0.0);
370               // Convert to fC
371               signalAmp *= el2fC;
372               // Convert to mV
373               signalAmp *= fChipGain;
374               // Convert to ADC counts
375               Int_t adc  = (Int_t) (signalAmp * (fADCoutRange / fADCinRange));
376
377               // Apply threshold on ADC value
378               if (adc > fADCthreshold) {
379
380                 Int_t trackSave[3];
381                 for (Int_t ii = 0; ii < 3; ii++) {
382                   trackSave[ii] = matrix->GetTrack(iRow,iCol,iTime,ii);
383                 }
384
385                 Int_t digits[7];
386                 digits[0] = matrix->GetSector();
387                 digits[1] = matrix->GetChamber();
388                 digits[2] = matrix->GetPlane();
389                 digits[3] = iRow;
390                 digits[4] = iCol;
391                 digits[5] = iTime;
392                 digits[6] = adc;
393
394                 // Add this digit to the TClonesArray
395                 AddDigit(trackSave,digits);
396                 nDigits++;
397
398               }
399
400             }
401           }
402         }
403
404         printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Number of digits found: %d\n",nDigits);
405
406         // Clean up
407         delete matrix;
408
409       }
410     }
411   }
412
413   // Fill the digits-tree
414   printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Fill the digits tree\n");
415   DigitsTree->Fill();
416
417 }
418
419 //_____________________________________________________________________________
420 void AliTRDv1::Digits2Clusters()
421 {
422
423   //
424   // Method to convert AliTRDdigits created by AliTRDv1::Hits2Digits()
425   // into AliTRDclusters
426   // To produce cluster from a root-file with TRD-digits use the
427   // slowClusterCreate.C macro.
428   //
429   
430   Int_t row;
431
432   printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Start creating clusters\n");
433
434   AliTRDdigit  *TRDdigit;
435   TClonesArray *TRDDigits;
436
437   // Parameters
438   Float_t maxThresh        = fClusMaxThresh;   // threshold value for maximum
439   Float_t signalThresh     = fClusSigThresh;   // threshold value for digit signal
440   Int_t   clusteringMethod = fClusMethod;      // clustering method option (for testing)
441
442   const Float_t epsilon    = 0.01;             // iteration limit for unfolding procedure
443
444   // Get the pointer to the digits tree
445   TTree *DigitTree   = gAlice->TreeD();
446   // Get the pointer to the cluster tree
447   TTree *ClusterTree = gAlice->TreeD();
448
449   // Get the pointer to the digits container
450   TRDDigits = Digits();
451
452   Int_t chamBeg = 0;
453   Int_t chamEnd = kNcham;
454   if (fSensChamber) chamEnd = chamBeg = fSensChamber;
455   Int_t planBeg = 0;
456   Int_t planEnd = kNplan;
457   if (fSensPlane)   planEnd = planBeg = fSensPlane;
458   Int_t sectBeg = 0;
459   Int_t sectEnd = kNsect;
460   if (fSensSector)  sectEnd = sectBeg = fSensSector;
461
462   // Import the digit tree
463   gAlice->ResetDigits();
464   Int_t nbytes=0;
465   nbytes += DigitTree->GetEvent(1);
466
467   // Get the number of digits in the detector
468   Int_t nTRDDigits = TRDDigits->GetEntriesFast();
469
470   // *** Start clustering *** in every chamber
471   for (Int_t icham = chamBeg; icham < chamEnd; icham++) {
472     for (Int_t iplan = planBeg; iplan < planEnd; iplan++) {
473       for (Int_t isect = sectBeg; isect < sectEnd; isect++) {
474
475         Int_t nClusters = 0;
476         printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Finding clusters in chamber %d, plane %d, sector %d\n"
477                ,icham+1,iplan+1,isect+1);
478
479         // Create a detector matrix to keep maxima
480         AliTRDmatrix *digitMatrix = new AliTRDmatrix(fRowMax[iplan][icham][isect]
481                                                      ,fColMax[iplan]
482                                                      ,fTimeMax,isect+1
483                                                      ,icham+1,iplan+1);
484         // Create a matrix to contain maximum flags
485         AliTRDmatrix *maximaMatrix = new AliTRDmatrix(fRowMax[iplan][icham][isect]
486                                                       ,fColMax[iplan]
487                                                       ,fTimeMax
488                                                       ,isect+1,icham+1,iplan+1);
489
490         // Loop through all TRD digits
491         for (Int_t iTRDDigits = 0; iTRDDigits < nTRDDigits; iTRDDigits++) {
492
493           // Get the information for this digit
494           TRDdigit = (AliTRDdigit*) TRDDigits->UncheckedAt(iTRDDigits);
495           Int_t   signal  = TRDdigit->fSignal;
496           Int_t   sector  = TRDdigit->fSector;
497           Int_t   chamber = TRDdigit->fChamber;
498           Int_t   plane   = TRDdigit->fPlane;
499           Int_t   row     = TRDdigit->fRow;
500           Int_t   col     = TRDdigit->fCol;
501           Int_t   time    = TRDdigit->fTime;
502
503           Int_t   track[3];
504           for (Int_t iTrack = 0; iTrack < 3; iTrack++) {
505             track[iTrack]  = TRDdigit->AliDigit::fTracks[iTrack];
506           }
507
508           if ((sector  != isect+1) ||
509               (plane   != iplan+1) ||
510               (chamber != icham+1))
511             continue;
512
513           // Fill the detector matrix
514           if (signal > signalThresh) {
515             digitMatrix->SetSignal(row,col,time,signal);
516             for (Int_t iTrack = 0; iTrack < 3; iTrack++) {
517               if (track[iTrack] > 0) {
518                 digitMatrix->AddTrack(row,col,time,track[iTrack]);
519               }
520             }
521           }
522
523         }
524
525         // Loop chamber and find maxima in digitMatrix
526         for (row = 0;  row < fRowMax[iplan][icham][isect];  row++) {
527           for (Int_t  col = 1;  col < fColMax[iplan]              ;  col++) {
528             for (Int_t time = 0; time < fTimeMax                    ; time++) {
529
530               if (digitMatrix->GetSignal(row,col,time) 
531                   < digitMatrix->GetSignal(row,col - 1,time)) {
532                 // really maximum?
533                 if (col > 1) {
534                   if (digitMatrix->GetSignal(row,col - 2,time)
535                       < digitMatrix->GetSignal(row,col - 1,time)) {
536                     // yes, so set maximum flag
537                     maximaMatrix->SetSignal(row,col - 1,time,1);
538                   }
539                   else maximaMatrix->SetSignal(row,col - 1,time,0);
540                 }
541               }
542
543             }   // time
544           }     // col
545         }       // row
546
547         // now check maxima and calculate cluster position
548         for (row = 0;  row < fRowMax[iplan][icham][isect];  row++) {
549           for (Int_t  col = 1;  col < fColMax[iplan]              ;  col++) {
550             for (Int_t time = 0; time < fTimeMax                    ; time++) {
551
552               if ((maximaMatrix->GetSignal(row,col,time) > 0)
553                   && (digitMatrix->GetSignal(row,col,time) > maxThresh)) {
554
555                 Int_t   clusters[5]        = {0};   // cluster-object data
556
557                 Float_t ratio              =  0;    // ratio resulting from unfolding
558                 Float_t padSignal[5]       = {0};   // signals on max and neighbouring pads
559                 Float_t clusterSignal[3]   = {0};   // signals from cluster
560                 Float_t clusterPos[3]      = {0};   // cluster in ALICE refFrame coords
561                 Float_t clusterPads[6]     = {0};   // cluster pad info
562
563                 // setting values
564                 clusters[0] = isect+1;    // = isect ????
565                 clusters[1] = icham+1;    // = ichamber ????
566                 clusters[2] = iplan+1;    // = iplane ????
567                 clusters[3] = time;
568
569                 clusterPads[0] = icham+1;
570                 clusterPads[1] = isect+1;
571                 clusterPads[2] = iplan+1;
572
573                 for (Int_t iPad = 0; iPad < 3; iPad++) {
574                   clusterSignal[iPad] = digitMatrix->GetSignal(row,col-1+iPad,time);
575                 }
576
577                 // neighbouring maximum on right side?
578                 if (col < fColMax[iplan] - 2) {
579                   if (maximaMatrix->GetSignal(row,col + 2,time) > 0) {
580                     for (Int_t iPad = 0; iPad < 5; iPad++) {
581                       padSignal[iPad] = digitMatrix->GetSignal(row,col-1+iPad,time);
582                     }
583
584                     // unfold:
585                     ratio = Unfold(epsilon, padSignal);
586
587                     // set signal on overlapping pad to ratio
588                     clusterSignal[2] *= ratio;
589                   }
590                 }
591
592                 switch (clusteringMethod) {
593                 case 1:
594                   // method 1: simply center of mass
595                   clusterPads[3] = row + 0.5;
596                   clusterPads[4] = col - 0.5 + (clusterSignal[2] - clusterSignal[0]) /
597                                    (clusterSignal[1] + clusterSignal[2] + clusterSignal[3]);
598                   clusterPads[5] = time + 0.5;
599
600                   nClusters++;
601                   break;
602                 case 2:
603                   // method 2: integral gauss fit on 3 pads
604                   TH1F *hPadCharges = new TH1F("hPadCharges", "Charges on center 3 pads"
605                                                             , 5, -1.5, 3.5);
606                   for (Int_t iCol = -1; iCol <= 3; iCol++) {
607                     if (clusterSignal[iCol] < 1) clusterSignal[iCol] = 1;
608                     hPadCharges->Fill(iCol, clusterSignal[iCol]);
609                   }
610                   hPadCharges->Fit("gaus", "IQ", "SAME", -0.5, 2.5);
611                   TF1     *fPadChargeFit = hPadCharges->GetFunction("gaus");
612                   Double_t  colMean = fPadChargeFit->GetParameter(1);
613
614                   clusterPads[3] = row + 0.5;
615                   clusterPads[4] = col - 1.5 + colMean;
616                   clusterPads[5] = time + 0.5;
617
618                   delete hPadCharges;
619
620                   nClusters++;
621                   break;
622                 }
623
624                 Float_t clusterCharge =   clusterSignal[0]
625                                         + clusterSignal[1]
626                                         + clusterSignal[2];
627                 clusters[4] = (Int_t)clusterCharge;
628
629                 Int_t trackSave[3];
630                 for (Int_t iTrack = 0; iTrack < 3; iTrack++) {
631                   trackSave[iTrack] = digitMatrix->GetTrack(row,col,time,iTrack);
632                 }
633
634                 // Calculate cluster position in ALICE refFrame coords
635                 // and set array clusterPos to calculated values
636                 Pads2XYZ(clusterPads, clusterPos);
637
638                 // Add cluster to reconstruction tree
639                 AddCluster(trackSave,clusters,clusterPos);
640
641               }
642
643             }  // time
644           }    // col
645         }      // row
646
647         printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Number of clusters found: %d\n",nClusters);
648
649         delete digitMatrix;
650         delete maximaMatrix;
651
652       }          // isect
653     }            // iplan
654   }              // icham
655
656   // Fill the cluster-tree
657   printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Total number of clusters found: %d\n"
658         ,fClusters->GetEntries());
659   printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Fill the cluster tree\n");
660   ClusterTree->Fill();
661
662 }
663
664 //_____________________________________________________________________________
665 void AliTRDv1::Init() 
666 {
667   //
668   // Initialise Transition Radiation Detector after geometry has been built.
669   // Includes the default settings of all parameter for the digitization.
670   //
671
672   AliTRD::Init();
673
674   printf("          Slow simulator\n");
675   if (fSensPlane)
676     printf("          Only plane %d is sensitive\n",fSensPlane);
677   if (fSensChamber)   
678     printf("          Only chamber %d is sensitive\n",fSensChamber);
679   if (fSensSector)
680     printf("          Only sector %d is sensitive\n",fSensSector);
681
682   // First ionization potential (eV) for the gas mixture (90% Xe + 10% CO2)
683   const Float_t kPoti = 12.1;
684   // Maximum energy (50 keV);
685   const Float_t kEend = 50000.0;
686   // Ermilova distribution for the delta-ray spectrum
687   Float_t Poti = TMath::Log(kPoti);
688   Float_t Eend = TMath::Log(kEend);
689   fDeltaE  = new TF1("deltae",Ermilova,Poti,Eend,0);
690
691   // Identifier of the sensitive volume (drift region)
692   fIdSens     = gMC->VolId("UL05");
693
694   // Identifier of the TRD-driftchambers
695   fIdChamber1 = gMC->VolId("UCIO");
696   fIdChamber2 = gMC->VolId("UCIM");
697   fIdChamber3 = gMC->VolId("UCII");
698
699   // The default parameter for the digitization
700   if (!(fGasGain))       fGasGain       = 2.0E3;
701   if (!(fNoise))         fNoise         = 3000.;
702   if (!(fChipGain))      fChipGain      = 10.;
703   if (!(fADCoutRange))   fADCoutRange   = 255.;
704   if (!(fADCinRange))    fADCinRange    = 2000.;
705   if (!(fADCthreshold))  fADCthreshold  = 1;
706
707   // Transverse and longitudinal diffusion coefficients (Xe/Isobutane)
708   if (!(fDiffusionT))    fDiffusionT    = 0.060;
709   if (!(fDiffusionL))    fDiffusionL    = 0.017;
710
711   // The default parameter for the clustering
712   if (!(fClusMaxThresh)) fClusMaxThresh = 5.0;
713   if (!(fClusSigThresh)) fClusSigThresh = 2.0;
714   if (!(fClusMethod))    fClusMethod    = 1;
715
716   for (Int_t i = 0; i < 80; i++) printf("*");
717   printf("\n");
718
719 }
720
721 //_____________________________________________________________________________
722 Float_t AliTRDv1::PadResponse(Float_t x)
723 {
724   //
725   // The pad response for the chevron pads. 
726   // We use a simple Gaussian approximation which should be good
727   // enough for our purpose.
728   //
729
730   // The parameters for the response function
731   const Float_t aa  =  0.8872;
732   const Float_t bb  = -0.00573;
733   const Float_t cc  =  0.454;
734   const Float_t cc2 =  cc*cc;
735
736   Float_t pr = aa * (bb + TMath::Exp(-x*x / (2. * cc2)));
737
738   return (pr);
739
740 }
741
742 //_____________________________________________________________________________
743 void AliTRDv1::SetSensPlane(Int_t iplane)
744 {
745   //
746   // Defines the hit-sensitive plane (1-6)
747   //
748
749   if ((iplane < 0) || (iplane > 6)) {
750     printf("Wrong input value: %d\n",iplane);
751     printf("Use standard setting\n");
752     fSensPlane  = 0;
753     fSensSelect = 0;
754     return;
755   }
756
757   fSensSelect = 1;
758   fSensPlane  = iplane;
759
760 }
761
762 //_____________________________________________________________________________
763 void AliTRDv1::SetSensChamber(Int_t ichamber)
764 {
765   //
766   // Defines the hit-sensitive chamber (1-5)
767   //
768
769   if ((ichamber < 0) || (ichamber > 5)) {
770     printf("Wrong input value: %d\n",ichamber);
771     printf("Use standard setting\n");
772     fSensChamber = 0;
773     fSensSelect  = 0;
774     return;
775   }
776
777   fSensSelect  = 1;
778   fSensChamber = ichamber;
779
780 }
781
782 //_____________________________________________________________________________
783 void AliTRDv1::SetSensSector(Int_t isector)
784 {
785   //
786   // Defines the hit-sensitive sector (1-18)
787   //
788
789   if ((isector < 0) || (isector > 18)) {
790     printf("Wrong input value: %d\n",isector);
791     printf("Use standard setting\n");
792     fSensSector = 0;
793     fSensSelect = 0;
794     return;
795   }
796
797   fSensSelect = 1;
798   fSensSector = isector;
799
800 }
801
802 //_____________________________________________________________________________
803 void AliTRDv1::StepManager()
804 {
805   //
806   // Called at every step in the Transition Radiation Detector version 2.
807   // Slow simulator. Every charged track produces electron cluster as hits 
808   // along its path across the drift volume. The step size is set acording
809   // to Bethe-Bloch. The energy distribution of the delta electrons follows
810   // a spectrum taken from Ermilova et al.
811   //
812
813   Int_t    iIdSens, icSens;
814   Int_t    iIdSpace, icSpace;
815   Int_t    iIdChamber, icChamber;
816   Int_t    vol[3]; 
817   Int_t    iPid;
818
819   Float_t  hits[4];
820   Float_t  random[1];
821   Float_t  charge;
822   Float_t  aMass;
823
824   Double_t pTot;
825   Double_t qTot;
826   Double_t eDelta;
827   Double_t betaGamma, pp;
828
829   TLorentzVector pos, mom;
830   TClonesArray  &lhits = *fHits;
831
832   const Double_t kBig = 1.0E+12;
833
834   // Ionization energy
835   const Float_t kWion    = 22.04;
836   // Maximum energy for e+ e- g for the step-size calculation
837   const Float_t kPTotMax = 0.002;
838   // Plateau value of the energy-loss for electron in xenon
839   // taken from: Allison + Comb, Ann. Rev. Nucl. Sci. (1980), 30, 253
840   //const Double_t kPlateau = 1.70;
841   // the averaged value (26/3/99)
842   const Float_t kPlateau = 1.55;
843   // dN1/dx|min for the gas mixture (90% Xe + 10% CO2)
844   const Float_t kPrim    = 48.0;
845   // First ionization potential (eV) for the gas mixture (90% Xe + 10% CO2)
846   const Float_t kPoti    = 12.1;
847
848   // Set the maximum step size to a very large number for all 
849   // neutral particles and those outside the driftvolume
850   gMC->SetMaxStep(kBig); 
851
852   // Use only charged tracks 
853   if (( gMC->TrackCharge()       ) &&
854       (!gMC->IsTrackStop()       ) && 
855       (!gMC->IsTrackDisappeared())) {
856
857     // Inside a sensitive volume?
858     iIdSens = gMC->CurrentVolID(icSens);
859     if (iIdSens == fIdSens) { 
860
861       iIdSpace   = gMC->CurrentVolOffID(4,icSpace  );
862       iIdChamber = gMC->CurrentVolOffID(1,icChamber);
863
864       // Calculate the energy of the delta-electrons
865       eDelta = TMath::Exp(fDeltaE->GetRandom()) - kPoti;
866       eDelta = TMath::Max(eDelta,0.0);
867
868       // The number of secondary electrons created
869       qTot = (Double_t) ((Int_t) (eDelta / kWion) + 1);
870
871       // The hit coordinates and charge
872       gMC->TrackPosition(pos);
873       hits[0] = pos[0];
874       hits[1] = pos[1];
875       hits[2] = pos[2];
876       hits[3] = qTot;
877
878       // The sector number
879       Float_t phi = pos[1] != 0 ? kRaddeg*TMath::ATan2(pos[0],pos[1]) : (pos[0] > 0 ? 180. : 0.);
880       vol[0] = ((Int_t) (phi / 20)) + 1;
881
882       // The chamber number 
883       //   1: outer left
884       //   2: middle left
885       //   3: inner
886       //   4: middle right
887       //   5: outer right
888       if      (iIdChamber == fIdChamber1)
889         vol[1] = (hits[2] < 0 ? 1 : 5);
890       else if (iIdChamber == fIdChamber2)       
891         vol[1] = (hits[2] < 0 ? 2 : 4);
892       else if (iIdChamber == fIdChamber3)       
893         vol[1] = 3;
894
895       // The plane number
896       vol[2] = icChamber - TMath::Nint((Float_t) (icChamber / 7)) * 6;
897
898       // Check on selected volumes
899       Int_t addthishit = 1;
900       if (fSensSelect) {
901         if ((fSensPlane)   && (vol[2] != fSensPlane  )) addthishit = 0;
902         if ((fSensChamber) && (vol[1] != fSensChamber)) addthishit = 0;
903         if ((fSensSector)  && (vol[0] != fSensSector )) addthishit = 0;
904       }
905
906       // Add this hit
907       if (addthishit) {
908
909         new(lhits[fNhits++]) AliTRDhit(fIshunt,gAlice->CurrentTrack(),vol,hits);
910
911         // The energy loss according to Bethe Bloch
912         gMC->TrackMomentum(mom);
913         pTot = mom.Rho();
914         iPid = gMC->TrackPid();
915         if ( (iPid >  3) ||
916             ((iPid <= 3) && (pTot < kPTotMax))) {
917           aMass     = gMC->TrackMass();
918           betaGamma = pTot / aMass;
919           pp        = kPrim * BetheBloch(betaGamma);
920           // Take charge > 1 into account
921           charge = gMC->TrackCharge();
922           if (TMath::Abs(charge) > 1) pp = pp * charge*charge;
923         }
924         // Electrons above 20 Mev/c are at the plateau
925         else {
926           pp = kPrim * kPlateau;
927         }
928       
929         // Calculate the maximum step size for the next tracking step
930         if (pp > 0) {
931           do 
932             gMC->Rndm(random,1);
933           while ((random[0] == 1.) || (random[0] == 0.));
934           gMC->SetMaxStep( - TMath::Log(random[0]) / pp);
935         }
936
937       }
938       else {
939         // set step size to maximal value
940         gMC->SetMaxStep(kBig); 
941       }
942
943     }
944
945   }
946
947 }
948
949 //_____________________________________________________________________________
950 Double_t AliTRDv1::BetheBloch(Double_t bg) 
951 {
952   //
953   // Parametrization of the Bethe-Bloch-curve
954   // The parametrization is the same as for the TPC and is taken from Lehrhaus.
955   //
956
957   // This parameters have been adjusted to averaged values from GEANT
958   const Double_t kP1 = 7.17960e-02;
959   const Double_t kP2 = 8.54196;
960   const Double_t kP3 = 1.38065e-06;
961   const Double_t kP4 = 5.30972;
962   const Double_t kP5 = 2.83798;
963
964   // This parameters have been adjusted to Xe-data found in:
965   // Allison & Cobb, Ann. Rev. Nucl. Sci. (1980), 30, 253
966   //const Double_t kP1 = 0.76176E-1;
967   //const Double_t kP2 = 10.632;
968   //const Double_t kP3 = 3.17983E-6;
969   //const Double_t kP4 = 1.8631;
970   //const Double_t kP5 = 1.9479;
971
972   if (bg > 0) {
973     Double_t yy = bg / TMath::Sqrt(1. + bg*bg);
974     Double_t aa = TMath::Power(yy,kP4);
975     Double_t bb = TMath::Power((1./bg),kP5);
976              bb = TMath::Log(kP3 + bb);
977     return ((kP2 - aa - bb)*kP1 / aa);
978   }
979   else
980     return 0;
981
982 }
983
984 //_____________________________________________________________________________
985 Double_t Ermilova(Double_t *x, Double_t *)
986 {
987   //
988   // Calculates the delta-ray energy distribution according to Ermilova.
989   // Logarithmic scale !
990   //
991
992   Double_t energy;
993   Double_t dpos;
994   Double_t dnde;
995
996   Int_t    pos1, pos2;
997
998   const Int_t nV = 31;
999
1000   Float_t vxe[nV] = { 2.3026, 2.9957, 3.4012, 3.6889, 3.9120  
1001                     , 4.0943, 4.2485, 4.3820, 4.4998, 4.6052
1002                     , 4.7005, 5.0752, 5.2983, 5.7038, 5.9915
1003                     , 6.2146, 6.5221, 6.9078, 7.3132, 7.6009
1004                     , 8.0064, 8.5172, 8.6995, 8.9872, 9.2103
1005                     , 9.4727, 9.9035,10.3735,10.5966,10.8198
1006                     ,11.5129 };
1007
1008   Float_t vye[nV] = { 80.0  , 31.0  , 23.3  , 21.1  , 21.0
1009                     , 20.9  , 20.8  , 20.0  , 16.0  , 11.0
1010                     ,  8.0  ,  6.0  ,  5.2  ,  4.6  ,  4.0
1011                     ,  3.5  ,  3.0  ,  1.4  ,  0.67 ,  0.44
1012                     ,  0.3  ,  0.18 ,  0.12 ,  0.08 ,  0.056
1013                     ,  0.04 ,  0.023,  0.015,  0.011,  0.01
1014                     ,  0.004 };
1015
1016   energy = x[0];
1017
1018   // Find the position 
1019   pos1 = pos2 = 0;
1020   dpos = 0;
1021   do {
1022     dpos = energy - vxe[pos2++];
1023   } 
1024   while (dpos > 0);
1025   pos2--; 
1026   if (pos2 > nV) pos2 = nV;
1027   pos1 = pos2 - 1;
1028
1029   // Differentiate between the sampling points
1030   dnde = (vye[pos1] - vye[pos2]) / (vxe[pos2] - vxe[pos1]);
1031
1032   return dnde;
1033
1034 }
1035
1036 //_____________________________________________________________________________
1037 void AliTRDv1::Pads2XYZ(Float_t *pads, Float_t *pos)
1038 {
1039   // Method to convert pad coordinates (row,col,time)
1040   // into ALICE reference frame coordinates (x,y,z)
1041
1042   Int_t        chamber   = (Int_t) pads[0];     // chamber info (1-5)
1043   Int_t        sector    = (Int_t) pads[1];     // sector info  (1-18)
1044   Int_t        plane     = (Int_t) pads[2];     // plane info   (1-6)
1045
1046   Int_t        icham     = chamber - 1;         // chamber info (0-4)
1047   Int_t        isect     = sector  - 1;         // sector info  (0-17)
1048   Int_t        iplan     = plane   - 1;         // plane info   (0-5)
1049
1050   Float_t      padRow    = pads[3];             // Pad Row position
1051   Float_t      padCol    = pads[4];             // Pad Column position
1052   Float_t      timeSlice = pads[5];             // Time "position"
1053
1054   // calculate (x,y) position in rotated chamber
1055   Float_t yRot = fCol0[iplan]               + padCol    * fColPadSize;
1056   Float_t xRot = fTime0[iplan]              + timeSlice * fTimeBinSize;
1057   // calculate z-position:
1058   Float_t z    = fRow0[iplan][icham][isect] + padRow    * fRowPadSize;
1059
1060   /**
1061     rotate chamber back to original position
1062     1. mirror at y-axis, 2. rotate back to position (-phi)
1063     / cos(phi) -sin(phi) \   / -1 0 \     / -cos(phi) -sin(phi) \
1064     \ sin(phi)  cos(phi) / * \  0 1 /  =  \ -sin(phi)  cos(phi) /
1065   **/
1066   //Float_t phi = 2*kPI / kNsect * ((Float_t) sector - 0.5);
1067   //Float_t x = -xRot * TMath::Cos(phi) - yRot * TMath::Sin(phi);
1068   //Float_t y = -xRot * TMath::Sin(phi) + yRot * TMath::Cos(phi);
1069   Float_t phi = 2*kPI / kNsect * ((Float_t) sector - 0.5);
1070   Float_t x   = -xRot * TMath::Cos(phi) + yRot * TMath::Sin(phi);
1071   Float_t y   =  xRot * TMath::Sin(phi) + yRot * TMath::Cos(phi);
1072
1073   // Setting values
1074   pos[0] = x;
1075   pos[1] = y;
1076   pos[2] = z;
1077
1078 }
1079
1080 //_____________________________________________________________________________
1081 Float_t AliTRDv1::Unfold(Float_t eps, Float_t* padSignal)
1082 {
1083   // Method to unfold neighbouring maxima.
1084   // The charge ratio on the overlapping pad is calculated
1085   // until there is no more change within the range given by eps.
1086   // The resulting ratio is then returned to the calling method.
1087
1088   Int_t   itStep            = 0;      // count iteration steps
1089
1090   Float_t ratio             = 0.5;    // start value for ratio
1091   Float_t prevRatio         = 0;      // store previous ratio
1092
1093   Float_t newLeftSignal[3]  = {0};    // array to store left cluster signal
1094   Float_t newRightSignal[3] = {0};    // array to store right cluster signal
1095
1096   // start iteration:
1097   while ((TMath::Abs(prevRatio - ratio) > eps) && (itStep < 10)) {
1098
1099     itStep++;
1100     prevRatio = ratio;
1101
1102     // cluster position according to charge ratio
1103     Float_t maxLeft  = (ratio*padSignal[2] - padSignal[0]) /
1104                        (padSignal[0] + padSignal[1] + ratio*padSignal[2]);
1105     Float_t maxRight = (padSignal[4] - (1-ratio)*padSignal[2]) /
1106                        ((1-ratio)*padSignal[2] + padSignal[3] + padSignal[4]);
1107
1108     // set cluster charge ratio
1109     Float_t ampLeft  = padSignal[1];
1110     Float_t ampRight = padSignal[3];
1111
1112     // apply pad response to parameters
1113     newLeftSignal[0] = ampLeft*PadResponse(-1 - maxLeft);
1114     newLeftSignal[1] = ampLeft*PadResponse( 0 - maxLeft);
1115     newLeftSignal[2] = ampLeft*PadResponse( 1 - maxLeft);
1116
1117     newRightSignal[0] = ampRight*PadResponse(-1 - maxRight);
1118     newRightSignal[1] = ampRight*PadResponse( 0 - maxRight);
1119     newRightSignal[2] = ampRight*PadResponse( 1 - maxRight);
1120
1121     // calculate new overlapping ratio
1122     ratio = newLeftSignal[2]/(newLeftSignal[2] + newRightSignal[0]);
1123
1124   }
1125
1126   return ratio;
1127
1128 }
1129