本发明提供了一种频率误差强鲁棒的正弦信号相位差高精度估计算法，属于信息技术领域。所述算法主要针对两路具有相同频率的含噪正弦信号，首先，可任意选取简易算法获得信号频率估值；其次，利用所得频率估计值对信号进行频移；然后，对频移信号计算其DFT变换在零频处的谱值；最后，利用所得零频谱线值计算得到两路信号相位差。该算法能够在信号频率估计存在显著误差的情况下，仍然实现信号相位差的准确估计，有效克服频率估计误差向相位差估计传递，尤其在高信噪比情况下估计精度优势明显，较传统算法的精度提升可达1至2个数量级。