Para recordar parte de la prueba de reemplazo, use paréntesis. Para referirse al primer par de paréntesis, use \1 :

 sed 's/03:\(..\)PM/15:\1PM/g'

De hecho, puede hacer que tanto : como PM parte del grupo de captura:

 sed 's/03\(:..PM\)/15\1/g'

Usando sed

 $ sed '/[0-9:]*[AP]M/s/^[^:]*/15/' <<< $line 15:23PM

O usando la solución @dawg para manejar múltiples rangos

 sed "/PM/s/^[^:]*/echo \$((&+12))/e" <<< $line 15:23PM

awk para que obtenga una adición real y pueda detectar AM vs PM :

 echo '03:23PM 11:33PM 03:23AM' | awk 'BEGIN{FS=OFS=":"} /PM/ && $1<12 {$1=$1+12} 1'

Huellas dactilares:

 15:23PM 23:33PM 03:23AM