航天模拟器是模拟航天器质量特性、预测太空工作性能的主要手段,开展航天器的地面物理仿真对于航天器高效工作的成功率和可靠性至关重要。航天模拟器主要是从结构及质量特性方面完全模拟真实的航天器,测量航天模拟器的转动惯量,分析动力学特性,对于指导航天器的设计试验意义重大。通过在地面模拟太空的微重力环境,使得航天模拟器的质量特性接近于真实的航天器。在航天模拟器的转动惯量测量中,由于航天模拟器已经安装到实现其微重力工作条件的性能台上,所以只能采用在线测量其转动惯量的方法,采用扭摆法对其转动惯量进行测量。在测量的过程中,保证三轴的主惯量互相解耦。转动惯量测量装置是测量航天模拟器转动惯量的关键,保证航天模拟器周期性微幅振动。本文以航天模拟器本体为研究对象,对其进行转动惯量的高精度在线测量,目的是通过测量其转动惯量与真实航天器进行对比,从而进一步指导航天器的设计与研发。论文的主要研究内容如下:（1）建立航天模拟器的运动学与动力学方程,通过对航天模拟器实现六自由度微重力的方式进行分析,对其中存在的重要结构进行了有限元分析,保证航天模拟器与航天器的质量特性的一致。通过对航天模拟器的各自由度摩擦力及质量惯量构型匹配分析对比,保证航天模拟器与航天器的动力学一致性。（2）通过研究现有转动惯量测量方法,提出了适用于航天模拟器的转动惯量测量方法并设计了测量方案装置,对测量方案中的结构进行了三维建模设计并且运用ANSYS对测量方案中的机构进一步优化。在测量装置中,分别设计了振动单元、限位机构、距离测量单元、摆动周期测量单元及标准质量块。（3）对航天模拟器进行数学建模仿真,分析航天模拟器在测量主惯量的过程中空气阻力和电子弹簧的回复力对于航天模拟器主惯量测量的影响,并且采用Hilbert变换的方法求解航天模拟器转动惯量。对航天模拟器振动信号进行分析处理,采用经验模式分解与变分模式分解相结合的方法判断振动信号并消除在振动信号中产生的端点效应,分析这两个主要因素对于测量航天模拟器主惯量的影响。（4）对转动惯量测量方法进行实验,并研究影响转动惯量测量精度的误差因素。在实验过程中进行坐标变换,将测量振动数据变换到测量平台同一坐标系进行计算,然后通过最小二乘法拟合进行空气阻力误差补偿和非线性回复力误差补偿。研究光电传感器对转动惯量的影响,并进行误差补偿分析,从而将得到的转动惯量数据与设计标准值进行比较。