卫星在发射升空后需长期服役且维护工作难以实现,因此在研制卫星过程中需要对其功能系统进行全面、可靠的测试,同时卫星测试作为重要环节伴随整个卫星研制周期。面向卫星测试来说,半实物闭环测试更具实时性和鲁棒性,可以有效地实现对卫星姿态控制仿真测试,其测试结果更接近于真实场景,并有效地降低了测试的成本和风险。本文基于模块化设计思想和小卫星半实物仿真测试系统的设计要求,设计并实现一组小型化的双星模拟器供测试系统使用。该模拟器可模拟出星上真实部件的电气接口和工作时序,一方面,可以配合研究小卫星测试系统的设计验证,另一方面,在小卫星研制初级阶段配合动力学系统完成测试。在测试过程中还可以模拟小卫星在轨道运行过程中注入多种故障,以尽早发现问题,避免带来损失,对保证小卫星的安全性拥有重大意义。文章首先对小卫星轨道、姿态确定的方法建立仿真模型,并对闭环测试的工作原理和组成设计进行阐述。然后提炼分析小卫星模拟器的设计要求和技术指标,将设计分成硬件、固件和软件三部分进行实现,分别给出设计方案。通过统筹,本文研制一种通用化敏感器硬件接口模块其工作时序和逻辑控制依靠FPGA负责,模型解算依靠具备32位浮点运算能力的DSP负责,通过多块通用板卡分别完成不同敏感器模拟器的需求。在文中详尽介绍了所应用功能部件的硬件设计方案和相关电路设计,并对固件及程序设计进行了说明,并提供卫星故障注入接口。最后,面向双星模拟器的时间同步需求,在地面测试时通过通信接口模拟实现时钟同步协议。本课题最终面向某小卫星需求,构建了包括陀螺、星敏感器、太阳敏感器等载荷的小卫星模拟器,并通过地检测试平台验证其功能。测试结果表明,本次设计的小卫星模拟器可以实现与地检测试的数据传输功能以及模型解算功能,能够满足系统性能指标要求,闭环仿真时间小于任务要求的10ms。模拟器整体运行可靠稳定,可以配合实现小卫星地面测试任务。