Насколько я понимаю, подобные массивы описываются здесь:
habrahabr.ru/post/187882 Правда, там рассматривается частный случай - когда для каждой пары столбцов требуются все комбинации, а не только присутствующие в другом массиве. Но это не делает задачу легче.
А ортогональность (в смысле линейной алгебры) тут вообще ни при чём.
