本发明公开了一种在轨服务相对导航实验平台及工作方法，包括三轴电动转台、三维电动平移台、仿真控制计算机、故障航天器等效装置、双目立体视觉系统和导航计算机系统。实验时：利用仿真控制计算机生成实验场景，控制三轴电动转台模拟相对姿态运动，控制三维电动平移台来模拟相对位置运动；脉冲电路周期触发双目立体视觉系统采集故障航天器等效装置的图像，导航计算机处理双目图像，并利用待验证的相对导航算法模块进行导航与目标参数辨识计算，将导航与参数辨识结果上传至仿真控制计算机，与仿真场景设置的真值进行比较和评估。该实验平台成本低，仿真逼真度高，能满足快速验证航天器在轨服务中相对导航算法的需要。