Как убедиться, что IUnknown* указывает на нужный тип, например на IBaseFilter*?

Позвать от него QueryInterface(IID_IBaseFilter...)

Так это ж не то! Таким образом я создам интерфейс для объекта. Если объект "исповедует" несколько интерфейсов, например, IIface1 и IIface2, то позвав iiface1->QueryInterface(IID_IIface2) я получу ответ. Но сама-то переменная iiface1 была типа IIface1 и этот тип останется мне неизвестным.

Объекты в COM представлены ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО своими интерфейсами. Т.е. можно считать, что если объект реализует интерфейс IIface2 (т.е. QueryInterface завершился успешно), то это он и есть. 
По крайней мере для IBaseFilter это так. Кроме того, ОБЪЕКТА (не интерфейса) типа IBaseFilter (НЕ производного, а именно его самого) просто не существует, это всегда какой то конкретный фильтр.

QueryInterface возвращает указатель на запрошенный интерфейс через последний параметр, вот он и будет IIface2. Более того, обе переменные (iiface1 и то, что вернул QueryInterface) будут ссылаться на один и тот же объект

Как так может быть в случае, если указатели не наследуют друг друга?

У QueryInterface последний параметр описан как IUnknown**, а все COM объекты являются наследниками IUnknown. Так что тут проблем не будет.

Если имеется в виду родственность того, от кого вызывают QueryInterface и того, что он вернул, то они могут и не наследовать друг друга, но они ОБЯЗАННЫ указывать на один и тот же COM объект, т.к. QueryInterface предназначен для запроса ДРУГИХ интерфейсов ОДНОГО объекта, т.е. по своей семантике он не может вернуть интерфейс ДРУГОГО объекта, только того, от интерфейса которого он вызывался.

Не путай COM объект и его интерфейсы, это разные вещи    

Так вот я как раз и не путаю. У меня есть указатель IUnknown*. 

Как узнать, на какой интерфейс он ссылается?

Не получить другой интерфейс того же объекта, а узнать, что за интерфейс упомянут в уже существующем указателе.

При такой постановке вопроса - никак.

Можно попробовать запросить через QueryInterface этот 'другой', а потом сравнить указатели исходного IUnknown и возвращенного из QueryInterface, но это абсолютно ненадежно