地面振动实验系统主要研究航天器执行机构反作用飞轮自身的振动对光学系统成像的影响。地面振动实验系统分为航天器模拟器和单轴台两部分。航天器模拟器包括结构模拟器、控制系统模拟器和光学系统模拟器，结构模拟器用于模拟航天器本体，控制系统模拟器用于模拟航天器的控制系统，光学系统模拟器用于模拟航天器光学系统；单轴台主要为模拟器提供零重力、低摩擦的工作环境。本文首先对航天器模拟器进行设计分析，并对结构模拟器进行频率校核，保证结构模拟器基频接近真实航天器；然后提出了单轴台的设计，并对气膜承载能力进行了分析；接下来对航天器控制系统进行了设计分析，经过实验验证，角度控制精度优于0.04°，满足振动实验要求。为了考核飞轮的振动对航天器光学系统模拟器成像的影响，本文引入了光心位置变化和光斑模糊度变化两种评价手段。实验结果表明，当反作用飞轮转速很低时，飞轮的静不平衡量和动不平衡量较小，光心的位置变化和光斑的模糊度变化均不明显。随着转速的增加，当飞轮转动频率接近星体的结构频率时，飞轮引起共振，从而让光心的位置和光斑的模糊度剧烈变化。