El filtro Kalman predice los valores de los estados de un sistema a través de medidas pasadas y presente de la salida, la cual presenta ruido, minimizando la variancia del error del estado.
Para desarrollar un filtro Kalman, se debe modelar el sistema a partir de las leyes físicas que definen la dinámica. Este sistema será una aproximación del real, ya que no existe un modelo matemático perfecto del sistema, existen perturbaciones que no se pueden modelar de forma deterministica y los sensores no son perfectos.
A la pregunta si con la medición de una sola salida se puede usar Kalman, es si. A partir de medidas pasadas y presente, se estima el estado con el cual después podemos aplicar un compensador para mejorar la dinámica del sistema. Claro está que se necesita conocimiento de control realimentado para desarrollar algo así.
Si estas interesado tengo algunos apuntes sobre la teoría de filtros Kalman para que veas mas o menos de que se trata.
