本发明的一种双臂协同抓捕非合作旋转目标的地面试验系统包括动力学宿主机、动力学目标机、数据中转计算机、星载计算机、控制指令中转计算机、地面控制台、分布式外部测量相机、相机数据处理计算机、大理石气浮台、目标星运动模拟系统和主动星运动模拟系统；目标星运动模拟系统主要由1个5自由度运动模拟器和1个缩比星上对接环构成，可实现台面定点悬停的位置保持控制和模拟器缓慢旋转的姿态控制，以模拟空间非合作旋转目标在较短时间内的运动；主动星运动模拟系统主要由1个3自由度运动模拟器和2组完全相同的机械臂抓捕装置构成，每组机械臂抓捕装置包括1条6自由度机械臂、1台安装在机械臂前端的手眼相机和1个安装在机械臂前端的指爪。