针对现有相位差分法在低信噪比条件下估计线性调频(LFM)信号瞬时频率性能明显下降的问题，提出了一种改进的基于N阶相位差分法的瞬时频率估计算法。首先，在相位重构的基础上，针对信噪比阈值引起的频率突变问题，设置自适应的累积增量门限来确定频率突变位置，并利用循环迭代进行插值修正；然后，通过高阶的相位差分估计瞬时频率，以充分利用重构相位包含的跳变信息，并采用迭代变权最小二乘的方法进行线性拟合；最后，引入自适应的思想来处理不同频率的输入信号，增强处理低频输入信号的能力。仿真结果表明，相对于现有相位差分法，改进N阶相位差分法在保持低运算量的同时提升了抗噪性能，对输入信噪比的下限要求降低了约4 dB。