Improved common vertex handling.
[u/mrichter/AliRoot.git] / STEER / AliKalmanTrack.cxx
index c82f383..3988624 100644 (file)
  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  **************************************************************************/
 
+/* $Id$ */
+
 //-------------------------------------------------------------------------
 //                Implementation of the AliKalmanTrack class
-//
+//   that is the base for AliTPCtrack, AliITStrackV2 and AliTRDtrack
 //        Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch
 //-------------------------------------------------------------------------
 
 #include "AliKalmanTrack.h"
+#include "AliPDG.h"
+#include "TPDGCode.h"
+#include "TDatabasePDG.h"
 
 ClassImp(AliKalmanTrack)
 
-Double_t AliKalmanTrack::fConvConst;
+Double_t AliKalmanTrack::fgConvConst;
+
+//_______________________________________________________________________
+AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():
+  fLab(-3141593),
+  fChi2(0),
+  fMass(0.13957),
+  fN(0)
+{
+  //
+  // Default constructor
+  //
+    if (fgConvConst==0) 
+      Fatal("AliKalmanTrack()","The magnetic field has not been set !\n"); 
+    
+    fStartTimeIntegral = kFALSE;
+    fIntegratedLength = 0;
+    for(Int_t i=0; i<5; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
+  TObject(t),
+  fLab(t.fLab),
+  fChi2(t.fChi2),
+  fMass(t.fMass),
+  fN(t.fN)
+{
+  //
+  // Copy constructor
+  //
+  if (fgConvConst==0) 
+    Fatal("AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack&)",
+          "The magnetic field has not been set !\n"); 
+
+  fStartTimeIntegral = t.fStartTimeIntegral;
+  fIntegratedLength = t.fIntegratedLength;
+  
+  for (Int_t i=0; i<5; i++) 
+    fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::GetX() const
+{
+  Warning("GetX()","Method must be overloaded !\n");
+  return 0.;
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::GetdEdx() const
+{
+  Warning("GetdEdx()","Method must be overloaded !\n");
+  return 0.;
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::GetY() const
+{
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return par[0];
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::GetZ() const
+{
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return par[1];
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::GetSnp() const
+{
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return par[2];
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::GetTgl() const
+{
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return par[3];
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::Get1Pt() const
+{
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return par[4];
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::Phi() const
+{
+// return global phi of track
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  if (par[2] >  1.) par[2] =  1.;
+  if (par[2] < -1.) par[2] = -1.;
+  Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
+  while (phi < 0) phi += TMath::TwoPi();
+  while (phi > TMath::TwoPi()) phi -= TMath::TwoPi();
+  return phi;
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::SigmaPhi() const
+{
+// return error of global phi of track
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t cov[15];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  GetExternalCovariance(cov);
+  return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5] / (1. - par[2]*par[2])));
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::Theta() const
+{
+// return global theta of track
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return TMath::Pi()/2. - TMath::ATan(par[3]);
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::SigmaTheta() const
+{
+// return error of global theta of track
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t cov[15];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  GetExternalCovariance(cov);
+  return TMath::Sqrt(TMath::Abs(cov[5])) / (1. + par[3]*par[3]);
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::Px() const
+{
+// return x component of track momentum
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
+  return TMath::Cos(phi) / TMath::Abs(par[4]);
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::Py() const
+{
+// return y component of track momentum
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  Double_t phi = TMath::ASin(par[2]) + GetAlpha();
+  return TMath::Sin(phi) / TMath::Abs(par[4]);
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::Pz() const
+{
+// return z component of track momentum
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return par[3] / TMath::Abs(par[4]);
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::Pt() const
+{
+// return transverse component of track momentum
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return 1. / TMath::Abs(par[4]);
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::SigmaPt() const
+{
+// return error of transverse component of track momentum
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t cov[15];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  GetExternalCovariance(cov);
+  return TMath::Sqrt(cov[14]) / TMath::Abs(par[4]);
+}
+//_______________________________________________________________________
+Double_t AliKalmanTrack::P() const
+{
+// return total track momentum
+
+  Double_t par[5];
+  Double_t localX = GetX();
+  GetExternalParameters(localX, par);
+  return 1. / TMath::Abs(par[4] * TMath::Cos(TMath::ATan(par[3])));
+}
+//_______________________________________________________________________
+void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral() 
+{
+  // Sylwester Radomski, GSI
+  // S.Radomski@gsi.de
+  //
+  // Start time integration
+  // To be called at Vertex by ITS tracker
+  //
+  
+  //if (fStartTimeIntegral) 
+  //  Warning("StartTimeIntegral", "Reseting Recorded Time.");
+
+  fStartTimeIntegral = kTRUE;
+  for(Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i] = 0;  
+  fIntegratedLength = 0;
+}
+//_______________________________________________________________________
+void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length) 
+{
+  // 
+  // Add step to integrated time
+  // this method should be called by a sublasses at the end
+  // of the PropagateTo function or by a tracker
+  // each time step is made.
+  //
+  // If integration not started function does nothing
+  //
+  // Formula
+  // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
+  // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
+  //
+  // pt = 1/external parameter [4]
+  // tg lambda = external parameter [3]
+  //
+  //
+  // Sylwester Radomski, GSI
+  // S.Radomski@gsi.de
+  // 
+  
+  static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
+
+  if (!fStartTimeIntegral) return;
+  
+  fIntegratedLength += length;
+
+  static Int_t pdgCode[fgkTypes]  = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
+  TDatabasePDG *db = TDatabasePDG::Instance();
+
+  Double_t xr, param[5];
+  Double_t pt, tgl;
+  
+  GetExternalParameters(xr, param);
+  pt =  1/param[4] ;
+  tgl = param[3];
+
+  Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
+
+  if (length > 100) return;
+
+  for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) {
+    
+    Double_t mass = db->GetParticle(pdgCode[i])->Mass();
+    Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
+    Double_t time = length * correction / kcc;
+
+    //cout << mass << "\t" << pt << "\t" << p << "\t" 
+    //     << correction << endl;
+
+    fIntegratedTime[i] += time;
+  }
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+
+Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const 
+{
+  // Sylwester Radomski, GSI
+  // S.Radomski@gsi.de
+  //
+  // Return integrated time hypothesis for a given particle
+  // type assumption.
+  //
+  // Input parameter:
+  // pdg - Pdg code of a particle type
+  //
+
+
+  if (!fStartTimeIntegral) {
+    Warning("GetIntegratedTime","Time integration not started");
+    return 0.;
+  }
+
+  static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
+
+  for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
+    if (pdgCode[i] == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
+
+  Warning(":GetIntegratedTime","Particle type [%d] not found", pdg);
+  return 0;
+}
+
+void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
+  for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
+}
+
+void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
+  for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
+}
+
+//_______________________________________________________________________
+
+void AliKalmanTrack::PrintTime() const
+{
+  // Sylwester Radomski, GSI
+  // S.Radomski@gsi.de
+  //
+  // For testing
+  // Prints time for all hypothesis
+  //
+
+  static Int_t pdgCode[fgkTypes] = {kElectron, kMuonMinus, kPiPlus, kKPlus, kProton};
+
+  for (Int_t i=0; i<fgkTypes; i++)
+    printf("%d: %.2f  ", pdgCode[i], fIntegratedTime[i]);
+  printf("\n");  
+}
+
+static void External2Helix(const AliKalmanTrack *t, Double_t helix[6]) { 
+  //--------------------------------------------------------------------
+  // External track parameters -> helix parameters 
+  //--------------------------------------------------------------------
+  Double_t alpha,x,cs,sn;
+  t->GetExternalParameters(x,helix); alpha=t->GetAlpha();
+
+  cs=TMath::Cos(alpha); sn=TMath::Sin(alpha);
+  helix[5]=x*cs - helix[0]*sn;            // x0
+  helix[0]=x*sn + helix[0]*cs;            // y0
+//helix[1]=                               // z0
+  helix[2]=TMath::ASin(helix[2]) + alpha; // phi0
+//helix[3]=                               // tgl
+  helix[4]=helix[4]/t->GetConvConst();    // C
+}
+
+static void Evaluate(const Double_t *h, Double_t t,
+                     Double_t r[3],  //radius vector
+                     Double_t g[3],  //first defivatives
+                     Double_t gg[3]) //second derivatives
+{
+  //--------------------------------------------------------------------
+  // Calculate position of a point on a track and some derivatives
+  //--------------------------------------------------------------------
+  Double_t phase=h[4]*t+h[2];
+  Double_t sn=TMath::Sin(phase), cs=TMath::Cos(phase);
+
+  r[0] = h[5] + (sn - h[6])/h[4];
+  r[1] = h[0] - (cs - h[7])/h[4];  
+  r[2] = h[1] + h[3]*t;
+
+  g[0] = cs; g[1]=sn; g[2]=h[3];
+  
+  gg[0]=-h[4]*sn; gg[1]=h[4]*cs; gg[2]=0.;
+}
+
+Double_t AliKalmanTrack::
+GetDCA(const AliKalmanTrack *p, Double_t &xthis, Double_t &xp) const {
+  //------------------------------------------------------------
+  // Returns the (weighed !) distance of closest approach between 
+  // this track and the track passed as the argument.
+  // Other returned values:
+  //   xthis, xt - coordinates of tracks' reference planes at the DCA 
+  //-----------------------------------------------------------
+  Double_t dy2=GetSigmaY2() + p->GetSigmaY2();
+  Double_t dz2=GetSigmaZ2() + p->GetSigmaZ2();
+  Double_t dx2=dy2; 
+
+  //dx2=dy2=dz2=1.;
+
+  Double_t p1[8]; External2Helix(this,p1);
+  p1[6]=TMath::Sin(p1[2]); p1[7]=TMath::Cos(p1[2]);
+  Double_t p2[8]; External2Helix(p,p2);
+  p2[6]=TMath::Sin(p2[2]); p2[7]=TMath::Cos(p2[2]);
+
+
+  Double_t r1[3],g1[3],gg1[3]; Double_t t1=0.;
+  Evaluate(p1,t1,r1,g1,gg1);
+  Double_t r2[3],g2[3],gg2[3]; Double_t t2=0.;
+  Evaluate(p2,t2,r2,g2,gg2);
+
+  Double_t dx=r2[0]-r1[0], dy=r2[1]-r1[1], dz=r2[2]-r1[2];
+  Double_t dm=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
+
+  Int_t max=27;
+  while (max--) {
+     Double_t gt1=-(dx*g1[0]/dx2 + dy*g1[1]/dy2 + dz*g1[2]/dz2);
+     Double_t gt2=+(dx*g2[0]/dx2 + dy*g2[1]/dy2 + dz*g2[2]/dz2);
+     Double_t h11=(g1[0]*g1[0] - dx*gg1[0])/dx2 + 
+                  (g1[1]*g1[1] - dy*gg1[1])/dy2 +
+                  (g1[2]*g1[2] - dz*gg1[2])/dz2;
+     Double_t h22=(g2[0]*g2[0] + dx*gg2[0])/dx2 + 
+                  (g2[1]*g2[1] + dy*gg2[1])/dy2 +
+                  (g2[2]*g2[2] + dz*gg2[2])/dz2;
+     Double_t h12=-(g1[0]*g2[0]/dx2 + g1[1]*g2[1]/dy2 + g1[2]*g2[2]/dz2);
+
+     Double_t det=h11*h22-h12*h12;
+
+     Double_t dt1,dt2;
+     if (TMath::Abs(det)<1.e-33) {
+        //(quasi)singular Hessian
+        dt1=-gt1; dt2=-gt2;
+     } else {
+        dt1=-(gt1*h22 - gt2*h12)/det; 
+        dt2=-(h11*gt2 - h12*gt1)/det;
+     }
+
+     if ((dt1*gt1+dt2*gt2)>0) {dt1=-dt1; dt2=-dt2;}
+
+     //check delta(phase1) ?
+     //check delta(phase2) ?
+
+     if (TMath::Abs(dt1)/(TMath::Abs(t1)+1.e-3) < 1.e-4)
+     if (TMath::Abs(dt2)/(TMath::Abs(t2)+1.e-3) < 1.e-4) {
+        if ((gt1*gt1+gt2*gt2) > 1.e-4/dy2/dy2) 
+         Warning("GetDCA"," stopped at not a stationary point !\n");
+        Double_t lmb=h11+h22; lmb=lmb-TMath::Sqrt(lmb*lmb-4*det);
+        if (lmb < 0.) 
+         Warning("GetDCA"," stopped at not a minimum !\n");
+        break;
+     }
+
+     Double_t dd=dm;
+     for (Int_t div=1 ; ; div*=2) {
+        Evaluate(p1,t1+dt1,r1,g1,gg1);
+        Evaluate(p2,t2+dt2,r2,g2,gg2);
+        dx=r2[0]-r1[0]; dy=r2[1]-r1[1]; dz=r2[2]-r1[2];
+        dd=dx*dx/dx2 + dy*dy/dy2 + dz*dz/dz2;
+       if (dd<dm) break;
+        dt1*=0.5; dt2*=0.5;
+        if (div>512) {
+           Warning("GetDCA"," overshoot !\n"); break;
+        }   
+     }
+     dm=dd;
+
+     t1+=dt1;
+     t2+=dt2;
+
+  }
+
+  if (max<=0) Warning("GetDCA"," too many iterations !\n");  
+
+  Double_t cs=TMath::Cos(GetAlpha());
+  Double_t sn=TMath::Sin(GetAlpha());
+  xthis=r1[0]*cs + r1[1]*sn;
+
+  cs=TMath::Cos(p->GetAlpha());
+  sn=TMath::Sin(p->GetAlpha());
+  xp=r2[0]*cs + r2[1]*sn;
+
+  return TMath::Sqrt(dm*TMath::Sqrt(dy2*dz2));
+}
+
+Double_t AliKalmanTrack::
+PropagateToDCA(AliKalmanTrack *p, Double_t d, Double_t x0) {
+  //--------------------------------------------------------------
+  // Propagates this track and the argument track to the position of the
+  // distance of closest approach. 
+  // Returns the (weighed !) distance of closest approach.
+  //--------------------------------------------------------------
+  Double_t xthis,xp;
+  Double_t dca=GetDCA(p,xthis,xp);
+
+  if (!PropagateTo(xthis,d,x0)) {
+    //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n");
+    return 1e+33;
+  }  
+
+  if (!p->PropagateTo(xp,d,x0)) {
+    //Warning("PropagateToDCA"," propagation failed !\n";
+    return 1e+33;
+  }  
 
+  return dca;
+}