随着航天技术的迅速发展,我国拥有航天资源数量快速增长,各资源节点之间相互关联,形成包括星地通信链路、星地侦察链路和星间通信链路的动态拓扑结构。研究各种链路时间窗口快速计算方法,对航天任务规划及调度有着重要意义。本文主要工作包括:第一,研究了星地通信链路时间窗口快速算法。针对J2项摄动的LEO卫星与地面站通信链路,提出一种由偏近点角的超越方程计算时间窗口的新方法,采用以大圆近似星下点轨迹的方法求解此方程。仿真表明,时间窗口起始时刻误差小于1秒,时间窗口长度误差小于1.20秒,计算时间减少了99.7%。采用多项式插值的数值方法计算MEO卫星与地面站通信时间窗口,仿真表明,时间窗口起始时刻误差小于1.28秒,时间窗口长度误差小于1.30秒,计算时间减少了99.5%。第二,研究了星地侦察链路时间窗口快速算法。针对圆锥视场观测点目标,将其转化为星地通信链路时间窗口的计算问题;针对圆锥视场观测多边形区域目标和椭圆形区域目标,提出了利用“可视扩展区域”计算时间窗口的快速算法;针对矩形视场和侧摆传感器视场,采用外切圆锥法和局部搜索法计算时间窗口。仿真表明,时间窗口起始时刻误差小于1.35秒,长度误差小于1.29秒,计算时间减少了99.5%。第三,提出了中继卫星与用户星星间链路时间窗口快速算法,从星座连通性和通信时延两个方面分析了低轨预警星座星间通信性能。快速算法通过分析中继卫星与客户星通信链路的几何特性建立了三类可视球冠模型,采用以大圆近似星下点轨迹的方法计算时间窗口。仿真表明,时间窗口起始时刻误差小于0.20秒,时间窗口长度误差小于0.23秒,计算时间减少了90%。以上算法在保证时间窗口计算精度的同时,大幅度降低了计算量,为航天任务规划及调度提供有力支持。