Как реализовать создание ортогонального массива?
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.
по сути вам нужны ортонормированные системы, ибо по сути это оно и есть. Читайте про ортогонализацию, там есть ссылки на описание алгоритмов.