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在深入研究了卡尔曼滤波器算法的基础上，该文提出随机系统多参考模型卡尔曼滤波器的方法。该方法用N个线性模型近似表示参数变化很大的非线性系统。再用卡尔曼滤波器对N个模型进行滤波，得到N个状态的估计值。然后，对这N个状态估计值进行概率加权求和，得到最优状态估计值。分别针对二阶系统和船舶模型进行了大量的仿真研究。其结果表明，对参数突变的系统，应用该方法进行状态估计或参数辨识，具有很好的跟踪突变参数的效果。仿真展示，该方法具有广阔的工程应用前景。