在数字信号处理领域，插值是一种基本而重要的技术，它允许我们在已知数据点之间估算新的数据点。Farrow滤波器作为分数延迟滤波器的一种，因其设计灵活、效率高而被广泛应用于通信系统、音频处理和各种数字信号处理领域。FPGA（现场可编程门阵列）由于其高度的并行处理能力和可重配置性，是实现高性能数字信号处理算法的理想平台。Matlab作为一种强大的数值计算和仿真环境，提供了一种简便的方式来进行算法的开发和验证。 Farrow滤波器的设计和仿真是数字信号处理教学和工程实践中的一个高级主题，涉及到信号处理理论、数字滤波器设计、Matlab编程以及FPGA开发等多个方面。设计Farrow滤波器需要深入理解其工作原理，包括其多相滤波器结构、多项式系数的计算方法以及如何实现分数延迟功能。然后，可以通过Matlab进行算法仿真，利用Matlab提供的工具箱和函数库，构建Farrow滤波器模型，并对各种输入信号进行处理和分析，以验证设计的正确性和性能。 在Matlab仿真阶段，通常需要关注几个关键点：Farrow滤波器的系数计算、插值精度、频率响应以及对不同延迟量的适应性。通过仿真实验，可以对Farrow滤波器在不同条件下的性能进行评估，如信噪比、失真度和计算复杂度等。完成Matlab仿真后，为了将Farrow滤波器应用于实际硬件，需要将其算法映射到FPGA上。这涉及到硬件描述语言（如VHDL或Verilog）的编写，以及对FPGA内部资源的合理分配和时序约束的设置。 FPGA实现Farrow滤波器的关键在于如何有效地实现多项式系数的计算和系数的快速更新。通过硬件描述语言编程，可以在FPGA上构建多相滤波器结构，并设计有效的数据路径来处理分数延迟。此外，由于FPGA的并行处理特性，可以实现Farrow滤波器的流水线化处理，从而提高整体的处理速度和吞吐量。 在FPGA上实现Farrow滤波器，还需要解决一些硬件设计的挑战，例如资源消耗、时钟频率和功耗。这就要求设计者在保证算法性能的同时，进行适当的算法优化和资源管理。此外，FPGA的调试工作也十分关键，通过使用逻辑分析仪和FPGA开发工具，可以对FPGA上的Farrow滤波器进行实时调试和性能评估。 Farrow滤波器插值的Matlab仿真及FPGA实现是一个涉及信号处理、Matlab编程和FPGA硬件设计的复杂项目。它不仅需要扎实的理论基础，还需要良好的编程能力和对硬件设计流程的深刻理解。通过这个项目，可以从理论到实践完整地掌握Farrow滤波器的设计、仿真和硬件实现的全过程，对提升数字信号处理的工程能力具有重要意义。

针对低频地波传播的罗兰C信号TOA （Time of Arrival）估计，提出一种采样周期内分数TOA的高精度估计算法。利用互相关获得有周期模糊的第三周过零点TOA估计值，采用改进的导出脉冲法的估计结果对其解模糊，获得第三周过零点采样周期整数倍的TOA估计值，最后以解模糊后的TOA估计值作为参考通过将其邻域内的离散信号插值为连续时间信号，由此连续时间信号的过零点得到小于一个采样周期的TOA估计。计算机仿真结果和实测数据验证了本文提出的罗兰C信号TOA估计的高精度性能和本文算法的有效性。

为了提升超声成像系统的图像质量，将可变分数时延滤波器引入超声成像系统声束形成环节，首先介绍了一种在实践中便于实现，且节省存储资源的Farrow结构可变分数时延滤波器，通过仿真验证了该时延滤波器能够提高时延精度，有效弥补时延误差导致的图像尾影；其次在FPGA中实现了该滤波器功能，时序仿真结果说明FPGA实现结果与理论分析一致，可用于实际工程实践。