针对NSGA-II算法中的模拟二进制交叉（SBX）算子以及NSGA-II在收敛速度及多样性保持方面性能的不足，将反向学习机制（OBL）应用到NSGA-II的初始化和进化过程中，并引入一种改进的算术交叉算子。ZDT系列测试函数在收敛性和多样性两个方面的评价结果表明，改进的NSGA-II算法在收敛速度、收敛性和多样性上优于NSGA-II算法。将改进的NSGA-II算法应用于卫星星座优化设计中，仿真结果表明改进的算法在卫星星座优化设计中比较有效。