设计了一种口径为Φ2500 mm的大型月球模拟器光学系统，通过控制不同波段LED灯组合成多个LED组元和灯阵实现355～1000 nm谱段月球光谱的模拟和不同月相的转换，从而模拟特定月相的几何特征和辐射特性。介绍了大型月球模拟器的组成和工作原理，利用光学分析软件LightTools对月球模拟器不同月相的辐亮度和辐照度不均匀性进行了仿真分析。结果表明，满月时辐亮度为32 W/(sr·m2)，不同月相的发光面照度不均匀度为14.7%，亮度不均匀度为17.2%，满足设计要求。