本发明公开了一种相位误差下的非相干波达方向估计方法,其内容是:在一个波达方向和功率已知的大功率参考信源下,应用非均匀嵌套传感器阵列接收目标信号,确定相位误差下的波达方向估计信号形式;计算阵列观测数据的协方差矩阵,依次通过特征值分解、取模、向量化和平方处理后获得渐近无噪无相位误差干扰的向量模型;借助大功率参考信源特性对渐近向量模型进行线性模型近似等效和处理,并在余弦过完备基字典下基于l2‑l1范数最小化稀疏重构方法获得波达方向估计。本发明对相位误差不敏感,估计精度高,计算复杂度低,且无需二维谱峰搜索和多个参考信源即可完成对多个目标源波达方向的有效估计。